第4章 生成树协议及链路聚合PPT课件
实验4 生成树及链路聚合
实验4 生成树及链路聚合【网络拓扑】图11-8【实验环境】1）分别在S1、S2、S3上创建VLAN 2，使每台交换机上都有两个VLAN；2）S1、S2为三层交换机，S2为二层交换机，三台交换机之间的连接都是Trunk链路，其接口如图11-8 所示3）每台交换机的MAC地址如图11-8 所示【实验目的】1）理解STP的工作原理2）掌握STP树的控制3）利用PVST进行负载平衡【实验配置】1.每VLAN生成树PVST配置省略VLAN、接口、Trunk的配置1）在S1、S2、S3上分别显示生成树协议S1#show spanning-treeVLAN0001 /*显示VLAN 1的STP参数Spanning tree enabled protocol ieeeRoot ID Priority 32769Address 0002.4A43.50B3Cost 19Port 24(FastEthernet0/24)Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec/* 以上说明VLAN1的根桥的MAC地址为0002.4A43.50B3，即S2Bridge ID Priority 32769 (priority 32768 sys-id-ext 1)Address 0030.A3C1.255EHello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 secAging Time 20/* 以上说明在VLAN 1中S1的桥ID情况Interface Role Sts C ost Prio.Nbr Type---------------- ---- --- ------ -------- ----Fa0/20 Desg FWD 19 128.20 P2pFa0/23 Altn BLK 19 128.23 P2pFa0/24 Root FWD 19 128.24 P2p/* 以上说明在VLAN 1中S1与生成树相关的接口状态，Fa0/23阻塞VLAN0002 /*显示VLAN 2的STP参数Spanning tree enabled protocol ieeeRoot ID Priority 32770Address 0002.4A43.50B3Cost 19Port 24(FastEthernet0/24)Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec/* 以上说明VLAN2的根桥的MAC地址为0002.4A43.50B3，即S2Bridge ID Priority 32770 (priority 32768 sys-id-ext 2)Address 0030.A3C1.255EHello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 secAging Time 20/* 以上说明在VLAN 2中S1的桥ID情况Interface Role Sts C ost Prio.Nbr Type---------------- ---- --- ------ -------- ----Fa0/23 Altn BLK 19 128.23 P2pFa0/24 Root FWD 19 128.24 P2p/* 以上说明在VLAN 2中S1与生成树相关的接口状态，Fa0/23阻塞其余两个略结合图11-8 中的MAC地址，从上图可以看出，VLAN 1 和VLAN 2中，根桥Root ID都是S2（MAC地址为0002.4A43.50B3），在VLAN 1 中，S1的二个口Fa0/20、Fa0/24均处于转发状态，Fa0/23阻塞。
生成树协议
默认情况下，2倍的 Forwarding Delay的 在指定端口是边缘端口的情况下， 时间延迟。 指定端口可以直接进入转发状态， 没有延迟。
在指定端口是非边缘端口的情况 下，延迟取决因素较多。
目录
生成树背景 STP
RSTP
MSTP 生成树协议的配置
STP、RSTP的问题
通过桥ID决定端口角色
SWA Root DP Cost=10 RP SWB BridgeID: 0.0000-0000-0001 DP Cost=10 RP DP Cost=10 AP DP AP DP Cost=10 RP
SWC BridgeID: 0.0000-0000-0002
在某些情况下，端口进入转发状态的延时大大缩 短，从而缩短了网络最终达到拓扑稳定所需要的 时间。
RSTP的改进
STP行为 端口被选 为根端口 默认情况下，2倍的 Forwarding Delay的 时间延迟。 RSTP行为 存在阻塞的备份根端口情况下， 仅有数毫秒延迟。
端口被选 为指定端 口
Y
MSTP具有RSTP的快速收敛，同时又具有 负载分担机制 MSTP兼容STP和RSTP
三种生成树协议的端口状态对比
Blocking Discarding
Listening
Forwarding Delay时间
Forwarding Delay时间
Learning
Forwarding Delay时间
各台设备的各个端口在初始时生成以自己为根 桥（Root Bridge）的配置消息，向外发送自 己的配置消息 网络收敛后，根桥向外发送配置BPDU，其他 的设备对该配置BPDU进行转发
链路聚合课件
确定链路聚合的动态协商协议
链路聚合概述 链路聚合动态协商协议 链路聚合的配置
• 确定动态协商协议
Switch(config-if)#channel-protocol {lacp| pagp}
• 参数：
– lacp：配置采用LACP协议协商etherchannel。 – pagp：配置采用PAGP协议协商etherchannel，PAGP是默认协议，可以不配
链路聚合
链路聚合概述
链路聚合动态协商协议 链路聚合的配置
过渡页
Transition Page
链路聚合概述
• 链路聚合的定义 • 链路聚合的优势 • 链路聚合的方式 • 和链路聚合相关的端口属性
2
链路聚合的产生
链链路路聚聚合合概概述述 链路聚合动态协商协议 链路聚合的配置
A
D
B
E
C
F
• 带宽瓶问题解决：
Mode
Auto（自动）
Desirable （企望）
Purpose
这种模式将使得端口进入被动协商状态，如果端口接收到PAgP数据包，那么就将形成 以太通道。虽然如此，但这种模式的端口将不会主动发起协商。Auto是默认模式。
这种模式将使得端口利用PAgP进入形成EtherChannel的协商状态。在配置Catalyst交 换机形成以太通道的时候，推荐模式是Desirable.
• 创建EtherChannel 接口：
Switch(config)#interface port-channel port_channel_number
• 参数： port_channel_number： port_channel的编号，整数形式。取值范围148。
创建EtherChannel 接口-应用实例
4-7_生成树协议
第四章介质访问控制子层生成树协议Spanning Tree ：为了可靠，采用冗余结构；但是透明网桥会产生无休止循环的问题冗余交换拓扑可能带来的问题☐广播风暴☐多帧传送☐MAC地址库不稳定广播风暴多帧传送mac地址库的不稳定生成树协议☐STP:spanning tree protocol☐为了维护一个无环路的网络拓扑☐新标准：RSTPRadia Perlman我想我永远也不会看到像一棵树那么优美的图画树那至关紧要的特性是无回路的连通树需要无限的扩展包才能到达每一个L A N首先，需要选好树根指定I D即可选定从树根开始，计算最小代价的路径这些路径，就是这棵树的枝条网络出自我等愚人之手而桥则发现了一棵生成树Radia perlman简介☐1951-☐毕业于MIT，BS、MS、PhD☐现供职于Intel☐拥有50个专利☐代表作：A Protocol for Distributed Computationof a Spanning Tree in an Extended LAN,Ninth Data CommunicationsSymposium, Vancouver, 1985STP的运作☐每个网络一个根网桥☐每个网桥一个根端口☐每网段一个指定端口☐非指定端口不被使用注意☐生成树算法，生成在逻辑上无回路的树，即生成树☐生成树算法能在有物理回路的网络中，生成一棵没有逻辑回路的生成树，但并不能保证其中的路径是最优的例☐为了可靠，采用冗余小结☐冗余造成环路，会产生多帧传送、广播风暴和MAC地址库不稳定等问题☐这些问题的根源就是有环路，STP就是打断环路，维持逻辑上的无环路☐SPT可能产生非最优路径（付出的代价）☐当逻辑STP树上的某点出故障了，非指定端口将会被重新启用。
思考题☐为什么需要冗余拓扑？☐冗余拓扑会带来什么问题？☐怎么解决这些问题？☐STP是否消除了冗余拓扑带来的可靠的好处？谢谢观看。
链路聚合生成树
冗余链路解决单点故障问题
广播风暴
二层交换机的所有端口（缺省情况下）都属于同一个广播域 ， 环路造成不断复制广播帧，导致网络拥塞 。
链路聚合
链路聚合也称为端口聚合，是将多个端口聚合在一起， 实现对出/入流量在各成员端口间进行分担的一种技术， 解决上行链路的瓶颈问题，完成所有接入端口流量总 和的传输。链路聚合可以实现链路备份、增加链路带 宽及其数据的负载能力。
非根交换机到根交换机的根端口 所有非根交换机产生一个到达根交换机的端口—根端口（Root Port）
生成树协议工作过程
指定端口（ Designated port ） 每个LAN都会选择一台设备为指定交换机， 通过该设备的端口连接到根
生成树协议工作过程
根端口和指定端口设为转发状态 将交换网络中所有设备的根端口(RP)和指定端口（DP） 设为转发状态（Forwarding），将其他端口设为阻塞状态（Blocking）
环路问题的解决——生成树协议
在一个含有物理环路的交换网络上生成一个没有环路的逻辑网络
生树协议
主要链路出故障时，自动启用备份链路
生成树协议工作过程
选举根交换机 交换网络中所有交换机共同选举一台设备为根交换机
生成树协议工作过程
确定最短路径 所有非根交换机选择一条到达根交换机的最短路径
生成树协议工作过程
生成树协议工作过程
生成树端口状态有4种：
阻塞（Blocking）：不转发帧，监听BPDU。
当交换机启动后，所有端口在默认状态下处于阻塞状态。
侦听（Listening）：查看、发送和接收BPDU，
以确定最佳网络连接，确保在传送数据帧之前网络上没有环路。
学习（Learning）：学习MAC地址，建立过滤表，但不转发数据帧。
链路聚合与STP生成树
链路聚合的优点
A B C D
• 通过将多个物理链路捆绑为一个逻辑链路增加了带宽； • 提高了可靠性。当有一条链路，例如 D 断开，流量会 自动在剩下的A B C三条链路间重新分配； • 实现链路传输弹性和冗余。
链路聚合协议
• Cisco：PAGP • 通用：LACP (IEEE802.3ad)
生成树（STP）
第2讲 链路聚合与生成树协议
链路聚合概述
• 链路聚合 (Link Aggregation) ，也称为端口捆绑、端 口聚集或链路聚集。 • 链路聚合是将多个端口聚合在一起形成一个汇聚组， 以实现出/入负荷在各成员端口中的分担。从外面看 起来，一个汇聚组好象就是一个端口。 • 使用链路汇聚服务的上层实体把同一聚合组内多条 物理链路视为一条逻辑链路。 • 链路聚合既可以在二层端口实现也可以在三层端口 实现。
生成树协议中基本概念
• 网桥号（Bridge ID）：用于标识网络中的每一台交换机，它由两部分组 成，2字节优先级和6字节MAC组成。优先级从0-65535，缺省为32768。 • 根网桥 ：具有最小网桥号的交换机将被选举为根网桥，根网桥的所有端 口都不会阻塞，并都处于转发状态。 • 指定网桥：对交换机连接的每一个网段，都要选出一个指定网桥，指定 网桥到根网桥的累计路径花费最小，由指定网桥收发本网段的数据包。 • 根端口：整个网络中只有一个根网桥，根网桥上的端口都是指定端口， 而不是根端口，而在非根网桥上，需要选择一个根端口。根端口是指从 交换机到根网桥累计路径花费最小的端口，交换机通过根端口与根网桥 通信。根端口设为转发状态。 • 指定端口：每个非根网桥为每个连接的网段选出一个指定端口，一个网 段的指定端口为到该网段到根网桥累计路径花费最小的端口。指定端口 设为转发状态。 • 非指定端口：除了根端口和指定端口之外的其他端口称为非指定端口， 非指定端口将处于阻塞状态，不转发任何用户数据。
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选择到根交换机的最短路径
➢ 1、比较本交换机到达根交换机路径的开销，选择开销最 小的路径。
不同带宽路径的不同表示方法路径值
带宽 (short)
(long)
-------------------------------------
1、选举根交换机（RootBridge）
2、所有非根交换机选择一条到达根 交换机的最短路径
3、所有非根交换机产生一个根端口
BPDU
4、每个LAN确定指定端口
5、将所有根端口和指定端口设为转
switchC
发状态
6、将其他端口设为阻塞状态
注：STP BPDU是一种二层数据帧，其目标MAC地址为多播地址：01-80-C2-00-00-00
根交换机的选择
➢ Bridge ID最小的交换机为根交换机； ➢ Bridge ID：每个交换机唯一的桥ID，由交换
机优先级和Mac地址组合而成； ➢ 先比较交换机的优先级，交换机的优先级越
小则Bridge ID就越小。 ➢ 交换机的优先级相等时，比较Mac地址，Mac
地址越小则Bridge ID就越小。 ➢ 交换机优先级可以由用户设定，交换机的默
➢ 生成树协议标准: IEEE 802.1d标准定义了STP IEEE 802.1w标准定义了RSTP IEEE 802.1s标准定义了MSTP
BPDU(网桥协议数据单元）
Protocol ID Version
Message Type Flags
Root Bridge ID Cost of Path Bridge ID Port ID Message Age
Maximum Time Hello Time
Forward Delay
Root Bridge ID:本交换机所认为的根交换机ID。
Cost of Path：路径开销是从Switch到Root Bridge的 方向叠加的。
Bridge ID:本交换机的桥ID信息，由2字节的交换机 优先级和6字节MAC地址组成。
➢生成树协议的作用是为了提供冗余链路，解 决网络环路问题
➢生成树协议实现了在交换网络中通过SPA（生 成树算法）生成一个没有环路的网络，当主 要链路出现故障时，能够自动切换到备份链 路，保证网络的正常通信。
生成树协议
➢生成树协议的分类
第一代生成树协议：STP/RSTP 第二代生成树协议：PVST/PVST+ 第三代生成树协议：MISTP/MSTP
路径；
3.所有非根交换机都有一个根端口（Root Port）， 即提供最短路径到根交换机（Root Bridge）的端口；
4.每个LAN都有了指定交换机（Designated Bridge），位于 该LAN与根交换机之间的最短路径中。指定交换机和LAN相连 的端口称为指定端口（Designated port）； 5.根端口（Roor port）和指定端口（Designated port）进入转 发Forwarding状态；
第4章 生成树协议及链路聚合
教学大纲要求：
➢ 掌握生成树协议(STP)的工作原理，主要包括STP产生的 背景，根交换机产生的过程，主链路备份链路切换的过 程，BPDU中技术参数、技术标准的规定等
➢ 掌握快速生成树协议(RSTP)的工作原理，弄清RSTP对 STP的改进
➢ 掌握在STAR-S2126G交换机上配置STP、RSTP的方法（包 括根交换机的配置、端口优先级的配置）
Port ID:发送该报文的端口信息，由1字节端口优先 级和1字节端口ID组成。
Message Age:报文已存活时间。
Maximum Time:当一段时间未收到任何BPDU，生 存期达到Max Age时，网桥则认为该端口连接的链 路发生故障。默认20秒。
Hello Time:发送BPDU的周期。默认2秒。
6.其他的冗余端口就处于阻塞状态（Blocking或Discarding）。
实现方法：
在所有交换机之间交换BPDU，交换机收到高优先级的BPDU，就 在该端口保存这些信息，并向所有端口更新并传播；如果收到比自 己优先级低的BPDU，就丢弃该信息。
生成树协议的工作过程
根端口
switchB
指定端口
A为根交换机 switchA
主要链路正 常时，断开 备份链路
主要链路出故 障时,自动启 用备份链路
课程议题
➢ 以太网链路聚合 ➢ 交换网络中的冗余链路 ➢ 生成树协议STP ➢ 快速生成树协议RSTP ➢ 配置STP、RSTP
生成树协议
➢ 生成树协议（spanning-tree protocol）由 IEEE 802.1d标准定义
Forward Delay：BPDU全网传输延迟。默认15秒
注：STP BPDU是一种二层数据帧，其目标MAC地址为多播地址：01-80-C2-00-00-00， 所有支持STP协议的交换机都会接收并处理收到的BPDU报文。
生成树工作机制
1.网络中选择了一个交换机为根交换机（Root Bridge）； 2.每个交换机都计算出了到根交换机（Root Bridge）的最短
网络中存在的单点故障
故障
网络中的单点故障可导致网络的无法访问
交换网络中的冗余链路
故障
在网络中提供冗余链路解决单点故障问题
冗余链路出现的问题--环路
广播风暴
发送一个广播帧
冗余链路会造成网络环路,当交换网络中出现环路会产 生广播风暴、多帧复制和MAC地址表不稳定等现象。 严重影响网络正常运行。
环路问题的解决
➢ 掌握以太网链路聚合技术，包括链路聚合的实现方式及 层次，链路聚合技术的注意事项
本章内容
➢ 交换网络中的冗余链路 ➢ 生成树协议STP ➢ 快速生成树协议RSTP ➢ 配置STP、RSTP ➢ 以太网链路聚合
课程议题
➢ 生成树协议概述 ➢ 生成树协议STP ➢ 快速生成树协议RSTP ➢ 配置STP、RSTP ➢ 以太网链路聚合
10Mbps
100
2000000
100Mbps 19
200000
1000Mbps 4
20000
选择到根交换机的最ห้องสมุดไป่ตู้路径
100
100
SwA
SwB
SwC
路径开销为100
19
19
38