RCNA_P006_管理交换网络中的冗余链路(v1.0)

第六章 管理交换网络中的冗余链路

一、教学目标

通过本章学习使学员能够：

1、掌握解决交换网络环路问题并提供冗余链路的方法；

2、熟悉生成树协议的基本原理；

4、熟悉生成树协议和快速生成树协议的区别；

5、掌握以太网端口聚合的原理和工作特点；

6、精通生成树协议与链路聚合的配置。

二、教学方法

理论讲述、实验演示、实践练习

三、建议课时

2课时

四、教学课程内容

第一小节交换网络中的冗余链路（15分钟）

课程知识点

1、交换网络中冗余链路引发的问题

2、广播风暴

3、多帧复制

4、MAC地址表不稳定

课程重点、难点

重点：

1、广播风暴

2、多帧复制

3、MAC地址表不稳定

难点：

1、广播风暴

教学内容概览

在传统的交换网络中，设备之间通过单条链路进行连接，当某一个节点或是某一个链路发生故障时可能导致网络无法访问，解决这种问题的办法是在网络中提供冗余链路，但是交换网络中的冗余链路会产生广播风暴、多帧复制、MAC地址表不稳定等现象，广播风暴导致网络中充斥大量广播包，大量占用网络带宽，多帧复制导致网络中有大量的重复包，MAC地址表不稳定导致交换机频繁刷新MAC地址表，严重影响网络的正常运行。如何解决这种问题，比较容易想到的方法是为网络提供冗余链路，在网络正常时自动将备份链路断开，在网络故障时自动启用备份链路。

重点、难点分析

1、广播风暴

在交换网络中，如果一台主机向网络中发送一个广播包，交换机会将这个广播包向除收到广播包的端口外的所有端口发送，当网络中存在环路时，交换机从一个端口向外的广播包，会从另一个端口收到，此时交换机并不知道此广播包是自己发出的广播包，仍然会向除收到端口外所有其他端口发送，这样网络中的广播包都不会消失只会越来越多，从而造成广播风暴。广播风暴一方面大量占用网络带宽，另一方面，主机对收到的广播包都要进行分析处理，大量占用主机资源，甚至导致死机。

2、多帧复制

在存在冗余链路的交换网络中，当交换机刚刚启动后，地址表中没有任何条目时，某主机x发送一个单播帧给同一个网段的主机y，这个时候，由于还没有学习到地址条目，交换机A会将这个帧flood到所有端口，而此时冗余交换机B收到这个帧后，由于同样的没有学习到mac条目，它也会再次flood到所有的端口，在这种情况下，目的主机y会先后收到多个同样的帧。造成了帧的重复接收，这种情况，对计数问题有很大的影响。

3、MAC地址表不稳定

交换机维护MAC地址表的原理是查看收到数据帧的源MAC地址，当交换网络中存在环路时，交换机可能在自己的端口F0/1收到来自主机A的数据帧，于是MAC地址表中端口F0/1对应主机A的MAC地址，但是由于存在冗余链路，一段时间后交换机又从自己的另一个端口F0/2收到主机A的数据帧，于是MAC地址表A的MAC地址改为对应端口F0/2，这种过程会比较频繁，影响MAC地址表稳定。

第二小节生成树协议STP （40分钟）

课程知识点

1、生成树协议概述

2、BPDU关键选项

3、STP避免环路过程

4、根交换机选择

5、最短路径选择

6、STP端口状态

7、STP的收敛

课程重点、难点

重点：

1、STP环路避免过程

2、STP端口状态

难点：

1、STP环路避免过程

2、STP最短路径选择

3、STP端口状态

教学内容概览

生成树协议由IEEE802.1d标准定义，作用是可以通过SPA（生成树算法）生成一个没有环路的的网络，当网络正常时，备份链路被断开，当网络故障时自动切换到备份链路，保证网络的正常通信。具体的过程是：先在网络中确定根交换机，然后确定到达根交换机的最短路径，阻塞其他路径，在最短路径故障时，自动启用备份链路。为了实现这种功能，运行STP的交换机之间通过BPDU（桥协议数据单元）进行信息的交流。BPDU中最为重要的选项是：Root ID、Cost of Path 、Port ID 、Maximum Time 、Hello Time 、Forward Delay等。

确定根交换机的原则为：首先所有交换机认为自己是根交换机，向外多播BPDU报文，BPDU报文中包含Bridge ID，由交换机的MAC地址和交换机优先级共同组成，MAC地址和优先级越小Bridge ID越小，Bridge ID最小的交换机被选举为根交换机。在默认情况下，交换机的优先级都是32768，因此默认情况下MAC地址最小的交换机被选为根交换机。

在选举出根交换机后，所有的非根交换机选择到达根交换机的最短路径。在选择最短路径时，通过路径开销、发送BPDU交换机的Bridge ID、发送BPDU交换机的Port ID、接收BPDU交换机的Port ID等信息来确定最短路径。

选举出根交换机和最短路径后，根端口和指定端口也随之确定。每个交换机连接最短路径的端口为根端口，每一个LAN都利用指定交换机通过最短路径连接到根交换机，LAN连接在指定交换机的指定端口上。

当网络拓扑发生变化时，交换机自动启用备份链路，阻塞端口进入转发状态，但是为避免存在临时环路，端口进入转发状态前会先经历侦听状态和学习状态。

重点、难点分析

1、STP环路避免过程

在交换网络中所有的交换机共同选举一台交换机为根交换机（Root Bridge），然后其他所有非根交换机选择一条到达根交换机最短的路径作为最短路径，非根交换机上通过最短路径连接结到根交换机的端口作为根端口，网络中的每个LAN都会通过一台设备从最短路径连接到根交换机，此设备