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
交换机上的根ID字段更新后，交换机随后将在所有后 续BPDU帧中包含新的根ID。这可确保最小的根ID始终能 传递给网络中的所有其它邻接交换机。一旦最小的网桥ID 传播到广播域内所有交换机的根ID字段，根网桥选举便告 完成。这一过程被称为“根战争”。
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。
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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。
路径开销是生成树算法所使用的第2个参数，用来决定到 根交换机的路径。 路径开销是用来衡量网桥之间的距离有多么近的。路径开 销是两个网桥之间某条路径上所有链路开销的总和。它不是使 用跳数来衡量。路径A的跳数也许比路径B的跳数更大，但路径 A的开销比路径B小。 交换机是用路径开销来决定到根交换机的最佳路径。最短 路径组合具有最小累计路径开销，并成为到根交换机的最佳路 径。 默认情况下，路径开销由端口的运行速度决定。在表6-1 中，看到 10Gb/s 以太网端口、1Gb/s 以太网端口等端口的开 销为 分别2、4。
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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。
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6.2.4 STP过程 3.STP中交换机端口状态
Hale Waihona Puke Baidu
阻塞状态（Blocking） 监听状态（Listening） 端口状态 学习状态（Learning） 转发状态（forwarding） 禁用状态（shutdown）
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6.2.4 STP过程 阻塞状态 监听状态 端口 状态 学习状态 转发状态 禁用状态 3.STP中交换机端口状态
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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。
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6.2.4 STP过程 2. STP收敛步骤
一旦交换机启动完成，它们便立即开始发送BPDU帧 来通告自己的BID，试图成为根网桥。一开始，网络中的 所有交换机都会假设自己是广播域内的根网桥。交换机在 网络上泛洪的BPDU帧包含的根ID与自己的BID字段匹配， 这表明每台交换机都将自己视为根网桥。 每台交换机从邻居交换机收到BPDU帧时，都会将所 收到BPDU帧内的根ID与本地配置的根ID进行比较。如果 来自所接收BPDU帧的根ID比其目前的根ID更小，那么根 ID字段会更新以指示竞选根网桥角色的新的最佳候选者。
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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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6.2.4 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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6.2.4 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
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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。
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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 网段1 交换机B
交换机A
广播
网段2 图6.2 广播风暴 广播风暴导致网络中充斥大量广播包，大量占用网络带宽；
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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
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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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。
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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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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
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
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
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。
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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
1
2
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6.2.21.2 相关知识 生成树算法概念 3. 端口ID
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＋