WL- 快速生成树
生成树简介.
简介STP(生成树协议SpanningTreepProtocol)能够提供路径冗余，使用STP可以使两个终端中只有一条有效路径。
在实际的网络环境中，物理环路可以提高网络的可靠性，当一条线路断掉的时候，另一条链路仍然可以传输数据。
但是，在交换网络中，当交换机接收到一个未知目的地址的数据帧时，交换机的操作是将这个数据帧广播出去，这样，在存在物理的交换网络中，就会产生一个双向的广播环，甚至产生广播风暴，导致交换机死机。
如何既有物理冗余链路保证网络的可靠性，又能避免冗余环路所产生的广播风暴呢？STP协议是在逻辑上断开网络的环路，防止广播风暴的产生，而一旦正在用的线路出现故障，逻辑上被断开的线路又被连通，继续传输数据。
交换网络环路交换网络环路会带来3个问题：广播风暴、同一帧的多个拷贝和交换机CAM表不稳定。
交换网络环路的产生：PC1和PC2通过交换机相连。
网络初始状态时，PC1与PC2通信过程如下：1.在网络通信最初，PC1的ARP条目中没有PC2的MAC地址，PC1首先会向SW1发送一个ARP广播请求PC2的MAC地址；2.当SW1收到ARP的广播请求后，SW1会将广播帧从除接收端口之外的所有端口转发出去即会从F0/1和F0/2发出；3.SW2收到广播后，会将广播帧从F0/2和连接PC2的端口转发，同样SW3收到广播后，将其从F0/2端口转发；4.SW2收到SW3的广播后，将其从F0/1和连接PC2的端口转发，SW3收到SW2的广播后将其从F0/1端口转发；5.SW1分别从SW2、SW3收到广播帧，然后将从SW2收到的广播帧转发给SW3，而将从SW3收到的广播帧发给SW2。
SW1、SW2和SW3会将广播帧相互转发。
这时网络就形成了一个环路，而交换机并不知道，这将导致广播帧在这个环路中永远循环下去。
STP工作原理STP运行STA(生成树算法Spanning Tree Algorithm)。
STA算法很复杂，但是其过程可以归纳为以下三个步骤：1.选择根网桥(Root Bridge)；1>网桥ID最小。
生成树协议原理
生成树协议原理生成树协议是一种基于链路层的协议，它通常在以太网交换机上实现，用于管理以太网局域网中的网络拓扑。
生成树协议的工作原理是通过使用一个根桥（Root Bridge）和多个非根桥（Non-Root Bridge）来建立一颗树状结构，以确保网络中没有环路存在。
生成树协议的核心算法是通过一种称为生成树算法（Spanning Tree Algorithm）来找到从根桥到每个非根桥的最短路径，从而构建一颗最小生成树。
最小生成树是一种能够连接所有节点并且没有环路的树状结构，它是生成树协议的基础，用于确定网络中数据包的传输路径。
生成树协议的工作流程包括以下几个关键步骤：1. 选择根桥：在网络中通过比较桥（Bridge）的优先级和MAC地址来确定根桥，根桥是生成树中的根节点，所有数据包都将通过根桥进行转发。
2. 计算生成树：每个非根桥通过生成树算法计算到根桥的最短路径，确定自己在生成树中的位置，并将该信息传播到整个网络中。
3. 确定端口状态：每个桥根据生成树信息确定哪些端口可以用于数据包的传输，哪些端口需要阻断以避免环路的产生。
4. 更新生成树：在网络拓扑发生变化时，生成树协议会重新计算生成树，并更新每个桥的状态，重新确定最佳路径。
5. 数据包转发：根据生成树确定的路径，数据包会被从源地址传输到目的地址，通过生成树结构保证数据包的正常传输。
生成树协议的优点是可以有效避免数据包在网络中的循环传输，提升网络通信的稳定性和可靠性。
生成树协议能够自动适应网络拓扑的变化，快速重新计算生成树，并重新确定最佳传输路径，从而保证网络快速恢复到正常状态。
然而，生成树协议也存在一些局限性。
生成树协议在网络中设置大量的桥和端口时，会造成网络拓扑复杂，生成树的计算和更新会消耗大量的网络资源。
此外，生成树协议需要在所有交换机上进行配置和管理，当网络规模较大时，配置和管理网络可能会变得困难。
为了解决生成树协议的一些局限性，IEEE制定了一系列的生成树协议标准，包括802.1D、802.1w和802.1s等。
快速生成树rstp配置实验总结
快速生成树rstp配置实验总结快速生成树（Rapid Spanning Tree Protocol，RSTP）是一种用于构建以太网的冗余拓扑的协议。
它是IEEE 802.1w标准中定义的一种快速生成树协议，相对于传统的生成树协议STP（Spanning Tree Protocol），RSTP具有更快的收敛时间和更高的效率。
在进行RSTP配置实验之前，首先需要了解RSTP的基本原理和工作方式。
RSTP通过选择一个主端口和备用端口来构建快速生成树，主端口用于转发数据，备用端口则处于阻塞状态以备份主端口。
当主端口发生故障或链路出现变化时，备用端口会迅速切换为主端口，以保证网络的连通性和冗余。
RSTP通过发送BPDU（Bridge Protocol Data Unit）消息来交换拓扑信息，并利用端口优先级和端口状态来选择主备端口。
在实际配置过程中，首先需要确保网络中的所有交换机都支持RSTP 协议。
然后，通过登录交换机的管理界面或命令行界面，进入交换机的配置模式。
接下来，按照以下步骤进行RSTP配置：1. 配置全局RSTP参数：设置全局RSTP参数，包括优先级、Hello 时间和最大转发延迟等。
优先级用于选择根交换机，Hello时间用于控制BPDU消息的发送频率，最大转发延迟用于控制端口状态的转换速度。
2. 配置端口RSTP参数：对每个端口进行RSTP参数的配置，包括端口优先级、端口类型和端口状态等。
端口优先级用于选择主备端口，端口类型可以设置为指定端口、非指定端口或备用端口，端口状态可以设置为指定端口、非指定端口、备用端口、阻塞端口或禁用端口。
3. 配置RSTP实例：将交换机的端口划分为多个RSTP实例，可以根据网络的需求进行相应的配置。
每个RSTP实例都有一个唯一的标识符，用于区分不同的实例。
4. 配置RSTP根交换机：选择一个交换机作为RSTP的根交换机，根交换机具有最高的优先级，负责控制整个网络的拓扑。
8 快速生成树配置[10页]
![8 快速生成树配置[10页]](https://img.taocdn.com/s3/m/7861b30faef8941ea66e0558.png)
8快速生成树配置【实验名称】快速生成树协议RSTP的配置。
【实验目的】理解快速生成树协议RSTP的配置及原理。
【背景描述】某学校为了开展计算机教学和网络办公，建立了一个计算机教室和一个校办公区，这两处的计算机网络通过两台交换机互连组成内部校园网，为了提高网络的可靠性，网络管理员用2条链路将交换机互连，现要在交换机上做适当配置，使网络避免环路。
本实验以两台交换机为例，两台交换机分别命名为SwitchA、SwitchB。
PC1与PC2在同一个网段，假设IP地址分别为192.168.0.137，192.168.0.136，网络掩码为255.255.255.0。
【实现功能】使网络在有冗余链路的情况下避免环路的产生，避免广播风暴等。
【实验设备】交换机（两台）、主机（两台）、直连线（4条）12【实验拓扑】图8按照拓扑图连接网络时注意，两台交换机都配置快速生成树协议后，再将两台交换机连接起来。
如果先连线再配置会造成广播风暴，影响交换机的正常工作。
【实验步骤】步骤1.交换机A 的基本配置。
Switch#configure terminalSwitch(config)#hostname switchA switchA(config)#vlan 10switchA(config-vlan)#name slaes switchA(config-vlan)#exitswitchA(config)#interface fastethernet0/3switchA(config-if)#switchport access vlan 10switchA(config-if)#exitswitchA(config)#interface range fastethernet 0/1-2switchA(config-if-range)#switchport mode trunk步骤2.交换机B 上的基本配置。
Switch#configure terminalSwitch(config)#hostname switchB switchB(config)#vlan 10switchB(config-vlan)#name slaesswitchB(config-vlan)#exitswitchB(config)#interface fastethernet0/3switchB(config-if)#switchport access vlan10switchB(config-if)#exitswitchB(config)#interface range fastethernet0/1-2switchB(config-if-range)#switchport mode trunk步骤3.配置快速生成树协议。
快速生成树协议
快速生成树协议1. 简介快速生成树协议（Rapid Spanning Tree Protocol，简称RSTP）是一种用于构建和维护网络中的生成树的协议。
生成树是一个无环的拓扑结构，能够确保数据在网络中以最佳路径传输，避免了网络中的循环路径，提高了网络的可靠性和性能。
RSTP是对经典生成树协议（Spanning Tree Protocol，简称STP）的改进和优化，它的设计目标是在网络拓扑结构发生变化时，尽快地适应变化，并通过快速收敛恢复网络正常运行。
2. 生成树协议的背景在一个复杂的网络中，存在着大量的交换机和链路，如果不采取措施，很容易出现网络中的循环路径。
循环路径会导致数据包在网络中不断地循环传输，浪费了网络带宽和资源，甚至会导致网络的瘫痪。
为了解决这个问题，生成树协议应运而生。
生成树协议通过在网络中选择一棵无环的拓扑结构，将网络划分为一个主干路径和多个支线路径，确保数据只在主干路径上传输，避免了循环路径的问题。
3. RSTP的特点RSTP相对于STP具有以下几个特点：3.1 快速收敛当网络拓扑结构发生变化时，RSTP能够更快地收敛，恢复网络的正常运行。
RSTP引入了Port Roles（端口角色）和Port States（端口状态）的概念，通过优化根据端口角色和状态的变化，减少了收敛时间。
3.2 兼容STPRSTP是对STP的改进，它与STP保持了一定的兼容性。
RSTP可以与STP的设备进行交互，逐步替代STP，而无需对网络基础设施进行大规模的升级。
3.3 拓扑变化通告RSTP引入了拓扑变化通告机制，当网络发生拓扑变化时，会通过特定的消息通知其他设备。
这种机制能够快速地传播拓扑变化信息，加速网络的收敛过程。
3.4 多实例支持RSTP支持在一个物理设备上运行多个独立的生成树实例。
这种支持使得网络管理员能够根据实际需求，灵活地构建多个生成树，提高网络的可用性和性能。
4. RSTP的工作原理RSTP的工作原理可以概括为以下几个步骤：4.1 生成树根选举在RSTP网络中，首先需要选举出一台交换机作为生成树的根节点（Root Bridge）。
2-1-2 生成树及快速生成树
《网络系统集成实训》指导书 网络系统集成实训》指导书2-1 生成树及快速生成树【实训目的】 实训目的】 1．理解生成树协议的作用 2．熟练掌握生成树协议和快速生成树协议的配置 参考资料】 【参考资料】 1． 高峡,陈智罡,袁宗福. 网络设备互连学习指南, 科学出版社,2009 2． 高峡,钟啸剑,李永俊. 网络设备互连实验指南, 科学出版社,2009 3． VLAN 学习指南 4． 锐捷 S3550 配置手册 实训内容】 【实训内容】 1．生成树协议配置 ． 在 VLAN 中启用和关闭生成树协议 启用生成树协议： 启用生成树协议： Switch(config)#spanning-tree vlan vlan-id 闭生成树协议： 关闭生成树协议： Switch(config)#no spanning-tree vlan vlan-id 显示生成树协议状态： 生成树协议状态 显示生成树协议状态： Switch#show spanning-tree vlan vlan-id 2．快速生成树配置 ． 完成《网络设备互连指南》中的实验六 3. 举例 使用两台二层交换机，交换机之间使用两条网线相连，这样可以形成一个回路。
Cisco 交换机默认开启了所有 vlan 的生成树配置，所以实验中应该首先关掉交换机中的生成树协 议。
Switch1> enable Switch1# configure terminal Switch1(config)# no spanning-tree vlan 1 Switch1(config)# end Switch2> enable Switch2# configure terminal Switch2(config)# no spanning-tree vlan 1 Switch2(config)# end Switch1> enable Switch1# configure terminal Switch1(config)# spanning-tree vlan 1 Switch1(config)# spanning-tree mode pvst(pvst 为普通生成树协议，如果要配置 为普通生成树协议，快速生成树， 快速生成树，须改为 rapid-pvst)Switch1(config)# end Switch2> enable Switch2# configure terminal Switch2(config)# spanning-tree vlan 1Switch2(config)# spanning-tree mode pvst Switch2(config)# end【实训任务】 实训任务】 任务 1．在模拟器中搭建如下的拓扑结构的网络：Switch4 与 Switch5 都是 Catalyst 2950-24，二者的端口 1 和 2 均用来互连，PC0 和 PC1 的 IP 地址分别为 192.168.1.101，192.168.1.102。
了解快速生成树协议(802.1w)-Cisco
端口状态
RSTP 中仅保留了三种端口状态，分别对应于三种可能的运行状态。802.1D 中的禁用、阻塞和监听 状态在 802.1w 中合并为唯一的丢弃状态。
STP (802.1D) 端口状态 RSTP (802.1w) 端口状态 端口是否包括在活动拓扑中？ 端口是否可获知 MAC 地址
禁用
丢弃
无
无
阻拦
了解快速生成树协议 (802.1w)
Contents
Introduction 在Catalyst交换机的对RSTP的支持 新的端口状态和端口角色 端口状态 端口角色 新的BPDU格式 全视图Cisco BPDU， IEEE BPDU和BPDU图表 新BPDU处理 发送BPDU每个呼叫时间 信息更快过期 接受次要 BPDU 对转发状态的迅速转换 边缘端口 链路类型 与802.1D的收敛 与 802.1w 的收敛 建议/协定的序列 UplinkFast 新的拓扑更改机制 拓扑更改检测 拓扑更改传播 与802.1d的兼容性 结论 Related Information
Note:如果是物理链路故障，会更快地检测出来。
接受次要 BPDU
此概念是 BackboneFast 引擎的核心部分。IEEE 802.1w 委员会决定在 RSTP 中融入相似的机制。 当网桥从其选定或根网桥时获得下等信息，立即接受它并且替换那个以前存储。
由于网桥 C 仍然识别出根网桥处于活动状态并且运行良好，因此立即发送 BPDU 到网桥 B，该 BPDU 中包含有关根网桥的信息。因此，网桥 B 不会发送其自己的 BPDU 并且接受导向网桥 C 的 端口作为新的根端口。
对转发状态的迅速转换
快速转换是 802.1w 中引入的最重要功能。传统 STA 在将端口变成转发状态之前，会被动地等待网 络收敛。以前，实现更快收敛通过调整保守默认参数（转发延迟和 max_age 计时器）完成，并且 经常会危及网络稳定性。新的快速 STP 能够主动确认端口是否可安全转换到转发状态，而不需要依 靠任何计时器配置。现在，符合 RSTP 的网桥之间存在真正的反馈机制。为了在端口上实现快速收 敛，协议依靠两个新的变量：边缘端口和链路类型。
快速生成树配置(cisco)
实验五、快速生成树配置一、 实验目的：掌握交换机上生成树协议的诊断方法。
二、 背景描述：假设某企业采用两台交换机组成一个局网,由于很多数据流量是跨过交换机进行转发的,因此需要提高交换机之间的传输带宽,并实现链路冗余备分,为此网络管理员在两台交换机之间采用两根网线互联,三、 实现功能：配置两个交换机之间的冗余主干道，对运行的生成树协议进行诊断。
四、 实验设备：CISCO 交换机Catalyst2950两台，控制台电缆一条，交叉双绞线若干。
五、 实验拓扑：六、实验步骤：1、 交换机switchA 的基本配置: F0/5 switchB switchAPC PCF0/1 F0/1 F0/2 F0/2 F0/5Switch>enableSwitch#configure terminalEnter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.Switch(config)#hostname SwitchASwitchA(config)#vlan 10VLAN 10 added:Name:VLAN0010SwitchA(config)#interface vlan 10SwitchA(config-if)#ip address 192.168.0.1 255.255.255.0SwitchA(config-if)#exitSwitchA(config)#interface fa 0/5SwitchA(config-if)#switchport access vlan 10SwitchA(config-if)#exitSwitchA(config)#interface fa 0/1SwitchA(config-if)#switchport mode trunkSwitchA(config-if)#interface fa 0/2SwitchA(config-if)#switchport mode trunkSwitchA(config-if)#exitSwitchA(config)#spanning-tree portfast defaultSwitchA(config)#exitSwitchA#show spanning-treeVLAN001Spanning tree enabled protocol ieeeRoot ID Priority 32768Address 000C.1000.4605This bridge is the rootHello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 secBridge ID Priority 32768Address 000C.1000.4605Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 secAging Time 300Interface Port ID Designated Port ID Name Prio.Nbr Cost Sts Cost Bridge ID Prio.Nbr ---------------- -------- --------- --- --------- -------------------- --------Fa0/1 32768.1 0 FWD 0 32768 000C.1000.4605 0.1 Fa0/2 32768.2 0 FWD 0 32768 000C.1000.4605 0.210Spanning tree enabled protocol ieeeRoot ID Priority 32768Address 000C.1000.4605This bridge is the rootHello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 secBridge ID Priority 32768Address 000C.1000.4605Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 secAging Time 300Interface Port ID Designated Port ID Name Prio.Nbr Cost Sts Cost Bridge ID Prio.Nbr ---------------- -------- --------- --- --------- -------------------- --------Fa0/1 32768.1 0 FWD 0 32768 000C.1000.4605 0.1 Fa0/2 32768.2 0 FWD 0 32768 000C.1000.4605 0.2 Fa0/5 32768.5 0 FWD 0 32768 000C.1000.4605 0.52、交换机switchB的配置：Switch>enableSwitch#configure terminalEnter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.Switch(config)#hostname SwitchBSwitchB(config)#vlan 10VLAN 10 added:Name:VLAN0010SwitchB(config)#interface fa 0/5SwitchB(config-if)#switchport access vlan 10SwitchB(config-if)#exitSwitchB(config)#spanning-tree portfast defaultSwitchB(config)#interface fa 0/1SwitchB(config-if)#switchport mode trunkSwitchB(config-if)#exitSwitchB(config)#interface fa 0/2SwitchB(config-if)#switchport mode trunkSwitchB(config-if)#exitSwitchB#show spanning-treeVLAN001Spanning tree enabled protocol ieeeRoot ID Priority 32768Address 000C.1000.4605Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 secBridge ID Priority 32768Address 000C.4006.4286Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 secAging Time 300Interface Port ID Designated Port ID Name Prio.Nbr Cost Sts Cost Bridge ID Prio.Nbr---------------- -------- --------- --- --------- -------------------- --------Fa0/1 32768.1 19 FWD 0 32768 000C.1000.4605 19.1Fa0/2 32768.2 19 BLK 0 32768 000C.1000.4605 19.2VLAN0010Spanning tree enabled protocol ieeeRoot ID Priority 32768Address 000C.1000.4605Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 secBridge ID Priority 32768Address 000C.4006.4286Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 secAging Time 300Interface Port ID Designated Port ID Name Prio.Nbr Cost Sts Cost Bridge ID Prio.Nbr---------------- -------- --------- --- --------- -------------------- --------Fa0/1 32768.1 19 FWD 0 32768 000C.1000.4605 19.1Fa0/2 32768.2 19 BLK 0 32768 000C.1000.4605 19.2Fa0/5 32768.5 0 FWD 0 32768 000C.4006.4286 0.53.如果switchA 与switchB间的端口F0/1之间的链路down掉，验证PC1与PC2仍能互相ping 通，并观察ping的丢包情况。
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第二周快速生成树RSTP的配置
【实验项目】
快速生成树RSTP的配置
【实验目的】
理解快速生成树RSTP的配置及原理！
【背景描述】
某学校为了开展计算机教学和网络办公，建立了一个计算机教室和一个校办公区，这两处的计算机网络通过两台交换机互联组成内部校园网，为了提高网络的可靠性，网络管理员用两条链路将交换机互联，现要在交换机上做适当配置，使网络避免环路。
本实验以两台2950T交换机和两台PC机为例，实验拓扑如下所示。
【技术原理】
生成树协议（spanning-tree）的作用是在交换网络中提供冗余备份链路，并且解决交换网络中的环路问题。
生成树协议是利用SPA算法（生成树算法），在存在交换环路的网络中生成一个没有环路的树形网络。
运用该算法将交换网络冗余的备份链路逻辑上断开，当主要链路出现故障时，能够自动地切换到备份链路。
保证数据的正常转发。
生成树协议的特点是收敛时间长。
从主要链路出现故障到切换到备份链路30~50秒的时间。
快速生成树协议（RSTP）在生成树协议的基础上增加了两种端口角色，替换端口（alternate Port）和备份端口（Backup Port），分别作为根端口（Root Port）和指定端口（Designated Port）
的冗余端口。
当根端口或指定端口出现故障时，冗余端口不需要经过50秒的收敛时间，就可以直接切换到替换端口或备份端口。
从而实现RSTP协议小于1秒的快速收敛。
1、端口状态
在RSTP中，端口状态只有丢弃状态（Discarding）、学习状态（Learning）和转发状态（Forwarding）3种。
丢弃状态替代了STP中的禁用、阻塞和监听状态。
2、端口角色
在STP中，端口角色有根端口、指定端口、阻塞端口和禁不起用端口，这4种类型。
在RSTP 中，除了这些端口角色外，还增加了替代端口和备份端口。
（1）根端口：和STP中类似。
（2）指定端口：和STP中类似。
（3）替代端口：作为根端口的备份端口，替代端口可以接收BPDU报文，但不转发数据。
替代端口出现在非指定交换机上，当根端口发生故障后，替代端口将成为根端口，（4）备份端口：作为指定端口的备份端口，可以接收BPDU报文，但不转发数据，备份端口出现在指定交换机上，作为到达以太网段的冗余链路。
备份端口只出现在当交换机拥有两条或两条以上到达共享LAN网段的链路的情况下。
【实现功能】
实现冗余链路的快速收敛。
【注意事项】
1、实验时一定要先启用生成树后连拓扑。
2、锐捷的交换机缺省是关闭spanning-tree的，如果网络在物理上存在环路，则必须手工开启spanning-tree(cisco是默认开启的)。
3、锐捷全系列的交换机默认为MSTP协议，在配置时注意生成树协议的版本。
【参考配置】
步骤1 基本配置（两台交换机配置相同）
Switch>en
Switch#conf t
Switch(config)#vlan 10
Switch(config-vlan)#name vlan10
Switch(config)#int f0/10
Switch(config-if)#switchport mode access
Switch(config-if)#switchport access vlan 10
Switch(config-if)#exit
Switch(config)#int range f0/1 - 2
Switch(config-if)#switchport mode trunk
Switch(config-if)#exit
PC机IP设置如拓扑所示。
验证测试:
1、在两台交换机上执行下面的命令，查看生成树情况：
Switch#show spanning-tree detail
2、PC1上：ping –t 192.168.1.2
3、在其中一台交换机上（如左边的SW A交换机）断开1号端口，查看PC1上丢包情况。
Switch(config-if)#shutdown
4、开启该项端口后，再次查看PC1上的丢包情况。
（一般会丢5个包）
步骤2配置RSTP（两台交换机配置相同）
Switch(config)#spanning-tree mode rapid-pvst
验证测试:
1、在两台交换机上执行下面的命令，查看生成树情况：
Switch#show spanning-tree detail
2、PC1上：ping –t 192.168.1.2
3、在其中一台交换机上（如左边的SW A交换机）断开1号端口，查看PC1上丢包情况（丢0~1个包）。
Switch(config-if)#shutdown
4、开启该项端口后，再次查看PC1上的丢包情况。
（一般会丢1个包）。