项目6：交换机之间的冗余链路

项目6：交换机之间的冗余链路
6.2.4 STP过程 2. STP收敛步骤
步骤1：决定根交换机 根网桥选举在交换机完成启动时或者网络中检测到路 径故障时触发。 一开始，所有交换机端口都配置为阻塞状态，此状态 默认情况下会持续20秒。 当交换机端口处于阻塞状态时，它们仍可以发送和接 收BPDU帧，以便继续执行生成树根选举。系统会根据默 认的hello计时器值，每2秒发送一次BPDU帧。生成树允 许网络的端与端之间最多有七台交换机。
6.2 相关知识
6.2.1 生成树协议产生的原因
6.2.2 生成树算法概念
6.2.3 STP的BPDU
6.2.4 STP过程 6.2.5 根网桥的位置
6.2.6 生成树协议配置 6.2.7 冗余链路汇聚 6.2.8 快速STP 6.2.9增强型每VLAN生成树协议(PVST+) 6.2.10 配置PVST＋
PC3
图6.8 生成树算法
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6.2.4 STP过程 2. STP收敛步骤
步骤3：选举指定端口和非指定端口 当交换机确定了根端口后，还必须将剩余端口配置为指定端口 （DP）或非指定端口（非DP），以完成逻辑无环生成树。 当两台交换机交换BPDU帧时，它们会检查收到的BPDU帧内的 发送方BID，以了解其是否比自己的更小。BID较小的交换机会赢得竞 争，其端口将配置为指定角色。失败的交换机将其交换机端口配置为 非指定角色，该端口最终会进入阻塞状态以防止生成环路。 确定端口角色的过程与根网桥选举和根端口指定同时发生。因此， 指定角色和非指定角色在收敛过程中可能多次改变，直到确定最终根 网桥后才稳定下来。选举根网桥、确定根端口以及确定指定和非指定 端口的整个过程发生在端口处于阻塞状态的20秒内。收敛时间为此值 的前提是BPDU帧传输的hello计时器为2秒，而且网络使用的是STP支 持的交换机直径。对此类网络而言，20秒的最大老化时间延迟提供了 充足的时间。
端口ID是生成树算法所使用的第3个参数，用来决定到根交换机的路径。
16比特位
端口优先级 8比特位
端口号
8比特位 图6.7 端口ID的组成
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6.2.31.2 相关知识 STP的BPDU 运行STP的交换机之间通过网桥协议数据单元 （bridge protocol data Unit，BPDU）进行信息的交流。 交换机端口通过发送BPDU，使用该端口的MAC地址作为 源地址。交换机并不知道它周围的其他交换机，因此， BPDU的目标地址是众所周知的STP组播地址01-80-c200-00-00。 BPDU有两种： （1）配置BPDU：用于生成树计算。 （2）拓扑变更通知（TCN）BPDU：用于通知网络 拓扑的变化。
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6.2.21.2 相关知识 生成树算法概念 1.网桥ID
BID-8字节
网桥优先级 2字节 范围：0～65535 默认值：32768
MAC地址 6字节 来源于背板／监控器
图6.5 网桥ID的组成
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6.2.21.2 相关知识 生成树算法概念 1.网桥ID BID中的MAC地址是交换机的一个MAC地址。每个交换机 都有一个MAC地址池，每个STP实例使用一个作为VLAN生成 树实例（每VLAN一个）的BID。 比较两个BID的原则如下： （1）首先比较网桥优先级，网桥优先级小的BID优先。 （2）如果两个网桥优先级相同，再比较MAC地址，MAC 地址小的BID优先。 两个BID不可能相等，因为交换机所分配的MAC地址是 唯一的。按照生成树算法，当比较两个给定的STP参数值 时，较低的值总是优先。
Trunk2 F0/1 F0/2 S3 F0/1
Trunk3 F0/2 Bridge ID: Priority=32769 F0/7 MAC adderss=000A00111111
PC1
PC2 图6.6 BID与路径开销
PC3
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6.2.21.2 相关知识 生成树算法概念 2.路径开销
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6.2.4 STP过程 2. STP收敛步骤
指定端口 根桥 PC4 F0/3 指定端口 根端口
根端口
S2 F0/2
非指定端口 Trunk1
Trunk2 F0/1 F0/2 S3 F0/1
指定端口 F0/3
F0/1 S1 F0/5
Trunk3 F0/2
F0/7 PC2
PC1
6.2.11.2 相关知识 生成树协议产生的原因
服务器／ 主机X 单播 路由器Y
网段1 端口0 交换机A 端口1 端口0 交换机B
端口1
网段2
图6.4 MAC地址表不稳定
MAC地址表不稳定导致交换机频繁刷新MAC地址表，
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6.2.21.2 相关知识 生成树算法概念
生成树协议(STP，Spanning Tree Protocol）是一种第2层 的链路管理协议，是数字设备公司（DEC，Digital Equipment Corporation）创建的网桥到网桥协议，它用于维护一个无环路 的网络。在IEEE 802.1d的规范中公布。 生成树协议就是在具有物理回环的交换机网络上，生成没有 回环的逻辑网络方法。生成树协议使用生成树算法，在一个具 有冗余路径的容错网络中计算出一个无环路的路径，使一部分 端口处于转发状态，另一部分处于阻塞状态（备用状态），从 而生成一个稳定的、无环路的生成树网络拓扑，而且一旦发现 当前路径故障，生成树协议能立即启动相应的端口，打开备用 链路，重新生成STP的网络拓扑，从而保持网络的正常工作。 生成树协议的关键就是保证网络上任何一点到另一点的路径有 一条且只有一条。
只能接收状态，不能转发数据包，但能收听 网络上的BPDU帧。
STP算法开始或初始化时，交换机进入的状 态，不转发数据包，不学习地址，只监听帧.
与监听状态相似，仍不转发数据包，但学习 MAC地址建立地址表。
转发所有数据帧，且学习MAC地址。表明生 成树已经形成，无冗余链路。
管理关闭。
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6.1 用户需求
目前，学校办公楼的招生就业处每年在7－8月分需要 使用校园网进行高考网上录取，要求保持两部门的网络畅 通。为了提高网络的可靠性，要求采用两条链路将招生就 业的交换机上联到网络中心，一条为双绞线，另一条为光 纤，两条链路互为备份。
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6.2.4 STP过程 2. STP收敛步骤
步骤2：决定根端口 确定根网桥后，交换机开始为每一个交换机端口配置 端口角色。需要确定的第一个角色是根端口角色。 确定根端口这一过程发生在根网桥选举BPDU交换期间。 当含有新的根ID或冗余路径的BPDU帧到达时，路径开销会 立即更新。路径开销更新时，交换机进入决策模式，以确 定是否需要更新端口配置。系统并不会等到所有交换机在 根网桥上达成一致后才确定端口角色。因此，收敛期间给 定交换机端口的端口角色可能会多次改变，直到根ID最终 确定后才会稳定在自己的最终端口角色上。
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6.2.21.2 相关知识 生成树算法概念 2.路径开销
链路速度 10Mb/s 100Mb/s 1000Mb/s 开销（之前的IEEE规 范） 100 10 1 开销（修订后的IEEE 规范） 100 19 4
10Gb/s
12项目6：交换Fra bibliotek之间的冗余链路
6.2.21.2 相关知识 生成树算法概念 3. 端口ID
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6.2.11.2 相关知识 生成树协议产生的原因 1. 广播风暴 2. 多帧复制 3. MAC地址表不稳定
网络冗 余产生的 问题
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6.2.11.2 相关知识 生成树协议产生的原因
服务器／主 机X 路由器Y
交换机A
网段1
交换机B
网段2
图6.1 交换机之间的冗余链路
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6.2.21.2 相关知识 生成树算法概念 1.网桥ID 网桥ID（即BID）是生成树算法所使用的第1个参数。 STP使用BID来决定桥接网络的中心，称为根网桥或根交 换机。BID参数是1个8字节域，由一对有序数字组成。如 图6.5所示。最开始的2字节的10进制数称为网桥优先级， 接下来是6个字节（十六进制）的MAC地址。网桥优先级 是一个10进制数，用来在生成树算法中衡量一个网桥的优 先度。其值的范围是0～65535，默认设置为32768。
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6.2.4 STP过程 1. STP 判决顺序
生成树算法依靠BID、路径开销、端口ID而运作。当 创建一个逻辑无环的拓扑时，STP总是执行相同的4步判 决顺序。 （1）确定根交换机； （2）计算到根交换机的最小路径开销； （3）确定最小的发送者BID； （4）确定最小的端口ID。
单播
路由器Y
网段1
交换机A
交换机B
网段2
图6.3 多帧复制
多帧复制导致网络中有大量的重复包
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6.2.11.2 相关知识 生成树协议产生的原因
服务器／ 主机X 单播 路由器Y
网段1 端口0 交换机A 端口1 端口0 交换机B
端口1
网段2
图6.4 MAC地址表不稳定
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6.2.21.2 相关知识 生成树算法概念
Bridge ID: Priority=32769 MAC adderss=000A00222222 S2 F0/2 Trunk1 F0/1 F0/3 S1 F0/5 Bridge ID: Priority=24577 MAC adderss=000A00333333 F0/3 PC4