网络可靠性设计

2020年7月18日3时4分
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➢ 一方面，用交换机连接的网络中，不允许环路；另一 方面，网络中需要通过冗余链路来增加网络通信的可 靠性又是十分必要的。且冗余链路又必然会使网络产 生环路。为解决这二者之间的矛盾，于是生成树协议 应运而生。
➢ 生成树协议的工作机制：生成树协议运行在交换机上 ，通过在交换机之间相互交换信息，发现环路，按照 一定的机制将环路上的端口阻塞，从而在逻辑上将交 换机之间构成一棵树。当链路出现故障时，生成树协 议可以自动发现，并通过将先前阻塞的端口打开，以 使得备用链路发挥作用。这样，即解决了环路问题， 又保证了通信的可靠性。
• PVST缺点如下：
– 为了维护每一个STP，需要占用更多的CPU资源；
– 为了支持各个VLAN的BPDU报文，需要占用更多的 Trunk带宽；
– PVST与CST不兼容，使得运行PVST的Cisco交换机 不能与其他厂商的交换机协同工作。
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➢（3）PVST+（Per VLAN Spanning Tree Plus， 增强的按VLAN生成树）
• MSTP也是多生成树实例的生成树协议，但它们是把多 个具有相同拓扑的VLAN放进一个生成树实例中，是基 于实例的，与PVST、PVST+、Rapid-PVST+等基于 VLAN的多生成树是有本质区别的。
• 为了解决与其他厂商的交换机协同工作，Cisco 很快又 推出了经过改进的PVST＋协议，并成为了交换机产品 的默认生成树协议。经过改进的PVST＋协议在VLAN1 上运行的是普通STP 协议，在其他VLAN 上运行PVST 协议。在VLAN1 上生成树状态按照STP协议计算。在 其他VLAN 上，普通交换机只会把PVSTBPDU 当作多 播报文按照VLAN 号进行转发。但这并不影响环路的消 除，只是有可能VLAN1 和其他VLAN 的根桥状态可能 不一致。
❖1）生成树协议（Spanning Tree Protocol ，STP）
➢在网络设计中，为了增强通信链路的可靠性，一 般会在交换机之间设计一条或多条冗余链路，以 保证当一条链路出现问题时，还可通过其他的链 路来进行数据通信。但交换机的工作机制，比如 ，收到一个在转发表中找不到其所在位置的帧以 及广播帧时，会向除接收端口之外的其他端口转 发。使得用交换机连接的网络中不允许出现环路 ，否则，环路的存在，必然会形成广播风暴，从 而将网络全部堵塞。
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➢（5）Rapid PVST+
• 对Cisco来说，为和上一代PVST+区分， 便把具有RSTP特性的的PVST+，称为 Rapid PVST+。
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➢（6）MST（多生成树协议，IEEE802.1S）
• 随着网络的发展及应用，当在一个交换机上配置成百上千 个vlan，这就要求运行相同数目的spanning－tree实例， 这不论从管理上还是spanning－tree的运算上，都是人类 和一颗普通的Power PC无法承受的，因而便应运而生了 802.1S，即MST。
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➢（4）RSTP（快速生成树协议，IEEE802.1W）
• 随着时间的推移，越来越多的人感觉传统 spanning－tree的收敛时间过长，简直无法接 受，特别是Cisco在别出心裁的提出了Portfast ，Backbonefast，Uplinkfast等一系列spanning －tree特性后，IEEE不得不对已过时的802.1D 进行修改，便有了802.1W，也就是所说的 RSTP，基本就是在802.1D的基础上添加了几 个类似Cisco的特性。
• CST是Radia Perlman为早期的DEC桥所写，后被IEEE收 容形成802.1D标准。在当时，大部分第二层的设备还是以 端口数较少的网桥为主，所以没有考虑到端口数较多的二
层交换机。随着技术的发展，二层交换机开始盛行，这就
来自百度文库
导致了vlan的盛行，致使802.1D已经不再适用。因为两台
switch间存在冗余链路不一定就会导致环路，所以Cisco为
了满足用户需求，就对802.1D进行了扩展，便出现了
PVST。
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➢ （2）PVST（Per-VLAN Spanning Tree，每VLAN生成树）
• PVST是Cisco的私有协议，PVST为每一个VLAN创建一 个STP实例。PVST为每一个VLAN运行一个STP实例， 能优化根网桥的位置，能为VLAN提供最优的路径。
• MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol，多生成树协议 ）就是对网络中众多的VLAN进行分组，一些VLAN分到 一个组里，另外一些VLAN分到另外一个组里。这里的"组 "就是后面讲的MST实例（Instance）。每个实例一个生 成树，BPDU是只对实例进行发送的，这样就可以既达到 了负载均衡，又没有浪费带宽，因为不是每个VLAN一个 生成树，这样所发送的BPDU数量明显减少了。
第8章 网络可靠性设计
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课程内容
生成树协议 端口聚合 路由冗余设计
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1 生成树协议
❖学习内容
➢生成树协议及种类 ➢生成树协议的工作机制 ➢生成树协议的配置 ➢生成树协议的应用案例
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1.1 生成树协议及其种类
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❖ 2）生成树协议的种类
➢ （1）IEEE通用生成树CST（STP，IEEE802.1D）
• CST不考虑VLAN，以交换机为单位运行STP（整个网络 中生成一个STP实例），实际上，CST运行在VLAN1上， 也就是默认的VLAN上。当STP选举后，有的端口被阻塞 ，可能就造成有的VLAN不能通信。
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➢【说明】
• IEEE颁发的STP、RSTP都属于单生成树实例的生成树 协议，是把整个交换网络当成一个生成树，是基于端口 的。
• Cisco的PVST、PVST+、Rapid-PVST+则是多生成树 实例的生成树协议，它是为交换网络中每个VLAN分配 、维护着一个生成树实例，是基于VLAN的。