PVST每VLAN生成树协议
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C
A
B
STP的算法
• STP将一个环形网络生成无环拓朴的步骤： 选择根网桥（Root Bridge） 选择根端口（Root Ports） 选择指定端口（Designated Ports）
网桥是交换机的前身，由于 STP是在网桥基础上开发的， 因此现在在交换机的网络中 仍然沿用网桥这一术语 第一步：选择根网桥
BPDU包含的关键字段
字段 协议ID 版本号 报文类型 标记域 字节 2 1 1 1 标识是配置BPDU还是TCN BPDU 作用
根网桥ID
根路径成本 发送网桥ID 端口ID 报文老化时间 最大老化时间 访问时间 转发延迟
8
4 8 2 2 2 2 2
用于通告根网桥的ID
说明这个BPDU从根传输了多远 发送这个BPDU网桥的ID 发送报文的端口的ID
生成树协议STP及 PVST配置
学习目标
• 能够通过配置交换机的网桥优先级，来选择合适的根 网桥，使网络的整体稳定性提高 • 能够通过PVST(per vlan STP,这个是思科默认的)的配 置实现交换网络的负载均衡 理解STP的工作原理 了解PVST与CST的区别 掌握PVST的配置命令 • 能够正确的配置上行速链路和速端口 • 能够配置EthernetChannel
C
形成双向广播环， B与C查MAC地址表， 广播永远不会停止， 未知目标地址，B与C 产生广播风暴 广播该帧
A
B
A
B
STP协议介绍
• STP － Spanning Tree Protocol（生成树协议） • 逻辑上断开环路，防止广播风暴的产生 • 当线路出现故障，断开的接口被激活，恢复通信， 起备份线路的作用
0 32768.000d.2800.b101 xxxx
A
100M
B
网桥ID： 4096.000d.2800.b100பைடு நூலகம்
网桥ID： 32768.000d.2800.b101
STP使用BPDU计算根路径成本
• 根网桥发送根路径成本为0的BPDU
字段 根网桥ID 根路径成本 发送网桥ID 端口ID 0
值
网桥ID： 32768.000d.2800.b102
VLAN1
VLAN2
VLAN2
VLAN3
VLAN1
VLAN3
经过STP计算，会有一条 链路被断开
PVST在实际中的应用
• 配置网络中比较稳定的交换机为根网桥 • 利用PVST实现网络的负载分担
V1－V10 接入交换机 V1－V10 V1－V10
VLAN 1－5 VLAN VLAN 1－ 6－ 5 10 的根端口 VLAN 6－10 数据的流向 的根端口 数据的流向
PVST配置的查看
• 查看生成树的配置 Switch#show spanning-tree
• 查看某个VLAN的生成树详细信息 Switch#show spanning-tree vlan vlan-id detail
PVST配置实例
Root Bridge 32768.000d.2861.b100 32768.000d.28bf.1140
A
网桥ID： 4096.000d.2800.b100
生成树端口的状态
• 交换机端口的监听状态
状态 转发（Forwarding） 学习（Learning） 侦听（Listening） 阻塞（Blocking） 用途 发送和接收用户数据 构建网桥表 构建“活动”拓朴 只接收BPDU
VLAN与STP
• 标准的生成树协议（CST）不考虑VLAN
• 交换机之间使用BPDU来交换STP信息 • BPDU Bridge Protocol Data Unit －桥协议数据单元 • 使用组播发送BPDU，组播地址为： 01-80-c2-00-00-00 • BPDU分为2种类型： 配置BPDU － 用于生成树计算 拓朴变更通告（TCN）BPDU － 用于通告网络拓朴 的变化
C 4096.000d.2800.b100
4096.000d.2800.b100 xxxx
100M
100M
100M Root Bridge A B 网桥ID： 32768.000d.2800.b101 网桥ID： 4096.000d.2800.b100
STP使用BPDU计算根路径成本
• 其他交换机接收到根网桥的BPDU后，在根路径成本 上添加接收接口的路径成本，然后转发
C 以本拓朴为例， 介绍STP的计算 过程
优先级：32768 MAC地址： 000d.2800.b102
下一步：选择根端口
Root Bridge A 优先级：4096 MAC地址： 000d.2800.b100 B 优先级：32768 MAC地址： 000d.2800.b101
选择根端口的依据
• 在非根网桥上选择一个到根网桥最近的端口作 为根端口 • 选择根端口的依据是： 根路径成本最低 直连的网桥ID最小 端口ID最小
交换机工作原理
• 根据MAC地址表转发数据帧，如果地址未知， 则广播
A查MAC地址表， 目的MAC地址在表 中不存在 A广播这个数据帧
C
A
B
aa
bb
广播风暴的产生
广播风暴最终 • 当网络中存在物理环路，会产生广播风暴
会导致网络资 源耗尽，交换 机死机！
A查MAC地址表，目 标地址在表中不存在， A广播这个帧
100M
100M 下一步：选择指定端口 Root Bridge
Root Port
A
优先级：4096 MAC地址： 000d.2800.b100
100M
B 优先级：32768 MAC地址： 000d.2800.b101
选择指定端口的依据
• 在每个网段上，选择1个指定端口 根桥上的端口全是指定端口 非根桥上的指定端口： • 根路径成本最低 • 端口所在的网桥的ID值较小 • 端口ID值较小
A
经过STP计算后的逻辑拓朴
BID：32768 000d.2800.b100 Root Bridge 100M A B BID：32768 000d.2805.c100
100M 100M
C BID：32768 000d.2810.d100
D BID：32768 000d.2811.e100
BPDU（桥协议数据单元）
缺省情况下的STP 希望的配置结果
PVST配置实例
• 配置SwA为VLAN 1和2的根网桥 SwA(config)#spanning-tree vlan 1 root primary SwA(config)#spanning-tree vlan 2 root primary
45 100 155
622
1000 10000
6
4 2
端口ID
• 端口ID的组成
端口优先级
端口编号
8位 取值范围：0 ～ 255 缺省值：128
8位
STP选择根端口举例
• 在非根桥上， 选择一个根端口（RP）
在B和C上，到达 A最近的端口是B 和C的根端口 C Root Port
优先级：32768 MAC地址： 000d.2800.b102
C
100M
A 优先级：4096 MAC地址： 000d.2800.b100
100M
B 优先级：32768 MAC地址： 000d.2800.b101
STP举例
BID：32768 000d.2800.b100 Root Bridge DP 100M 100M RP 100M C DP BID：32768 000d.2810.d100 D BID：32768 000d.2811.e100 RP 100M RP B DP 100M Block BID：32768 000d.2805.c100
设置为根网桥后， 优先级变成24576
PVST的配置命令
• 修改端口成本 Switch(config-if)#spanning-tree vlan vlan-list cost cost • 修改端口优先级 Switch(config-if)#spanning-tree vlan vlan-list portpriority priority • 配置上行速链路 Switch(config)#spanning-tree uplinkfast • 配置端口速链路 Switch(config-if)#spanning-tree portfast
根路径成本
• 根路径成本－是网桥到根网桥的路径上所有链 路的成本之和
路径成本：19 路径成本：100
Port 1
A Root Bridge
B
C
C的Port 1根路径成本＝19＋100＝119
路径成本
• 路径成本根据链路带宽的高低规定
链路带宽（Mb/s）
10 100
路径成本
62
39 19 14
16
32768.000d.2800.b102
100M
32768.000d.2800.b101
100M
A
100M
B
网桥ID： 4096.000d.2800.b100
网桥ID： 32768.000d.2800.b101
STP使用BPDU选择根网桥
• 当接收到其他交换机发出的BPDU后，比较网桥ID， 选择较小的添加到根网桥ID中
VLAN 1 －5的 根网桥
VLAN 6－10 的 根网桥
PVST的配置命令
• 启用生成树 Switch(config)#spanning-tree vlan vlan-list • 设置根网桥 Switch(config)#spanning-tree vlan vlan-list root primary | 优先级的值为4096 secondary 的倍数 • 修改网桥的优先级 Switch(config)#spanning-tree vlan vlan-list priority Bridgepriority
网桥ID： C
字段
根网桥ID 根路径成本 发送网桥ID 端口ID 19 32768.000d.2800.b101
32768.000d.2800.b102
交换机保存接口的根路径成本到内存中
值 100M
4096.000d.2800.b100
100M
Root Bridge
xxxx
100M
B 网桥ID： 32768.000d.2800.b101
字段 根网桥ID 根路径成本 发送网桥ID 字段 端口ID 根网桥ID 根路径成本 发送网桥ID 端口ID 值 4096.000d.2800.b100 C
网桥ID：
32768.000d.2800.b102 0 当全网所有的交换机接收到全部的 BPDU并作比较后，就可以选择出唯 4096.000d.2800.b100 值 100M 一的一个根网桥 xxxx 100M 4096.000d.2800.b100
选择根网桥的依据
• 网桥ID（BID） 网桥ID是唯一的，交换机之间选择BID值最小的交换 机作为网络中的根网桥
选择根网桥的目的是为了给将 生成的树形结构确定一个树根
网桥优先级
网桥的MAC地址
2字节 取值范围：0 ～ 65535 缺省值：32768
6字节
STP选择根网桥举例
• 根据网桥ID选择根网桥
C Vlan 1- 4
Port 23
Port 22
Port 23
D
Port 22
Vlan 1- 4
Port 22 Port 23 Port 22
Port 23
A Vlan 1- 2的根网桥
Port 24
Port 24
B Vlan 3- 4的根网桥
32768.000d.28bf.4b40
32768.0013.6007.6a00
计时器值，用于说明生成树用多长时间完称它的每 项功能
STP使用BPDU选择根网桥
• 交换机启动时，假定自己是根网桥，在向外发送的 BPDU中，根网桥ID字段填写自己的网桥ID
网桥ID： C
字段 根网桥ID 根路径成本 发送网桥ID 端口ID 0 32768.000d.2800.b101 xxxx 值
A
DP
Root Port
DP
DP 100M
B 优先级：32768 MAC地址： 000d.2800.b101
优先级：4096 MAC地址： 000d.2800.b100
STP计算结果
• 经过STP计算，最终的逻辑结构为无环拓朴
优先级：32768 MAC 地址： 备份线路 000d.2800.b102
STP选择指定端口举例
• 在每个网段选择1个指定端口（DP）
这个端口既不是根端 口，也不是指定端口， STP将这个端口阻塞 C （Block） 100M
优先级：32768 MAC地址： 000d.2800.b102 100M
在这个网段上，B的 网桥ID较小，所以B 上的端口为指定端口
Root 根网桥上的端口 Bridge 都是指定端口
A
B
STP的算法
• STP将一个环形网络生成无环拓朴的步骤： 选择根网桥（Root Bridge） 选择根端口（Root Ports） 选择指定端口（Designated Ports）
网桥是交换机的前身，由于 STP是在网桥基础上开发的， 因此现在在交换机的网络中 仍然沿用网桥这一术语 第一步：选择根网桥
BPDU包含的关键字段
字段 协议ID 版本号 报文类型 标记域 字节 2 1 1 1 标识是配置BPDU还是TCN BPDU 作用
根网桥ID
根路径成本 发送网桥ID 端口ID 报文老化时间 最大老化时间 访问时间 转发延迟
8
4 8 2 2 2 2 2
用于通告根网桥的ID
说明这个BPDU从根传输了多远 发送这个BPDU网桥的ID 发送报文的端口的ID
生成树协议STP及 PVST配置
学习目标
• 能够通过配置交换机的网桥优先级，来选择合适的根 网桥，使网络的整体稳定性提高 • 能够通过PVST(per vlan STP,这个是思科默认的)的配 置实现交换网络的负载均衡 理解STP的工作原理 了解PVST与CST的区别 掌握PVST的配置命令 • 能够正确的配置上行速链路和速端口 • 能够配置EthernetChannel
C
形成双向广播环， B与C查MAC地址表， 广播永远不会停止， 未知目标地址，B与C 产生广播风暴 广播该帧
A
B
A
B
STP协议介绍
• STP － Spanning Tree Protocol（生成树协议） • 逻辑上断开环路，防止广播风暴的产生 • 当线路出现故障，断开的接口被激活，恢复通信， 起备份线路的作用
0 32768.000d.2800.b101 xxxx
A
100M
B
网桥ID： 4096.000d.2800.b100பைடு நூலகம்
网桥ID： 32768.000d.2800.b101
STP使用BPDU计算根路径成本
• 根网桥发送根路径成本为0的BPDU
字段 根网桥ID 根路径成本 发送网桥ID 端口ID 0
值
网桥ID： 32768.000d.2800.b102
VLAN1
VLAN2
VLAN2
VLAN3
VLAN1
VLAN3
经过STP计算，会有一条 链路被断开
PVST在实际中的应用
• 配置网络中比较稳定的交换机为根网桥 • 利用PVST实现网络的负载分担
V1－V10 接入交换机 V1－V10 V1－V10
VLAN 1－5 VLAN VLAN 1－ 6－ 5 10 的根端口 VLAN 6－10 数据的流向 的根端口 数据的流向
PVST配置的查看
• 查看生成树的配置 Switch#show spanning-tree
• 查看某个VLAN的生成树详细信息 Switch#show spanning-tree vlan vlan-id detail
PVST配置实例
Root Bridge 32768.000d.2861.b100 32768.000d.28bf.1140
A
网桥ID： 4096.000d.2800.b100
生成树端口的状态
• 交换机端口的监听状态
状态 转发（Forwarding） 学习（Learning） 侦听（Listening） 阻塞（Blocking） 用途 发送和接收用户数据 构建网桥表 构建“活动”拓朴 只接收BPDU
VLAN与STP
• 标准的生成树协议（CST）不考虑VLAN
• 交换机之间使用BPDU来交换STP信息 • BPDU Bridge Protocol Data Unit －桥协议数据单元 • 使用组播发送BPDU，组播地址为： 01-80-c2-00-00-00 • BPDU分为2种类型： 配置BPDU － 用于生成树计算 拓朴变更通告（TCN）BPDU － 用于通告网络拓朴 的变化
C 4096.000d.2800.b100
4096.000d.2800.b100 xxxx
100M
100M
100M Root Bridge A B 网桥ID： 32768.000d.2800.b101 网桥ID： 4096.000d.2800.b100
STP使用BPDU计算根路径成本
• 其他交换机接收到根网桥的BPDU后，在根路径成本 上添加接收接口的路径成本，然后转发
C 以本拓朴为例， 介绍STP的计算 过程
优先级：32768 MAC地址： 000d.2800.b102
下一步：选择根端口
Root Bridge A 优先级：4096 MAC地址： 000d.2800.b100 B 优先级：32768 MAC地址： 000d.2800.b101
选择根端口的依据
• 在非根网桥上选择一个到根网桥最近的端口作 为根端口 • 选择根端口的依据是： 根路径成本最低 直连的网桥ID最小 端口ID最小
交换机工作原理
• 根据MAC地址表转发数据帧，如果地址未知， 则广播
A查MAC地址表， 目的MAC地址在表 中不存在 A广播这个数据帧
C
A
B
aa
bb
广播风暴的产生
广播风暴最终 • 当网络中存在物理环路，会产生广播风暴
会导致网络资 源耗尽，交换 机死机！
A查MAC地址表，目 标地址在表中不存在， A广播这个帧
100M
100M 下一步：选择指定端口 Root Bridge
Root Port
A
优先级：4096 MAC地址： 000d.2800.b100
100M
B 优先级：32768 MAC地址： 000d.2800.b101
选择指定端口的依据
• 在每个网段上，选择1个指定端口 根桥上的端口全是指定端口 非根桥上的指定端口： • 根路径成本最低 • 端口所在的网桥的ID值较小 • 端口ID值较小
A
经过STP计算后的逻辑拓朴
BID：32768 000d.2800.b100 Root Bridge 100M A B BID：32768 000d.2805.c100
100M 100M
C BID：32768 000d.2810.d100
D BID：32768 000d.2811.e100
BPDU（桥协议数据单元）
缺省情况下的STP 希望的配置结果
PVST配置实例
• 配置SwA为VLAN 1和2的根网桥 SwA(config)#spanning-tree vlan 1 root primary SwA(config)#spanning-tree vlan 2 root primary
45 100 155
622
1000 10000
6
4 2
端口ID
• 端口ID的组成
端口优先级
端口编号
8位 取值范围：0 ～ 255 缺省值：128
8位
STP选择根端口举例
• 在非根桥上， 选择一个根端口（RP）
在B和C上，到达 A最近的端口是B 和C的根端口 C Root Port
优先级：32768 MAC地址： 000d.2800.b102
C
100M
A 优先级：4096 MAC地址： 000d.2800.b100
100M
B 优先级：32768 MAC地址： 000d.2800.b101
STP举例
BID：32768 000d.2800.b100 Root Bridge DP 100M 100M RP 100M C DP BID：32768 000d.2810.d100 D BID：32768 000d.2811.e100 RP 100M RP B DP 100M Block BID：32768 000d.2805.c100
设置为根网桥后， 优先级变成24576
PVST的配置命令
• 修改端口成本 Switch(config-if)#spanning-tree vlan vlan-list cost cost • 修改端口优先级 Switch(config-if)#spanning-tree vlan vlan-list portpriority priority • 配置上行速链路 Switch(config)#spanning-tree uplinkfast • 配置端口速链路 Switch(config-if)#spanning-tree portfast
根路径成本
• 根路径成本－是网桥到根网桥的路径上所有链 路的成本之和
路径成本：19 路径成本：100
Port 1
A Root Bridge
B
C
C的Port 1根路径成本＝19＋100＝119
路径成本
• 路径成本根据链路带宽的高低规定
链路带宽（Mb/s）
10 100
路径成本
62
39 19 14
16
32768.000d.2800.b102
100M
32768.000d.2800.b101
100M
A
100M
B
网桥ID： 4096.000d.2800.b100
网桥ID： 32768.000d.2800.b101
STP使用BPDU选择根网桥
• 当接收到其他交换机发出的BPDU后，比较网桥ID， 选择较小的添加到根网桥ID中
VLAN 1 －5的 根网桥
VLAN 6－10 的 根网桥
PVST的配置命令
• 启用生成树 Switch(config)#spanning-tree vlan vlan-list • 设置根网桥 Switch(config)#spanning-tree vlan vlan-list root primary | 优先级的值为4096 secondary 的倍数 • 修改网桥的优先级 Switch(config)#spanning-tree vlan vlan-list priority Bridgepriority
网桥ID： C
字段
根网桥ID 根路径成本 发送网桥ID 端口ID 19 32768.000d.2800.b101
32768.000d.2800.b102
交换机保存接口的根路径成本到内存中
值 100M
4096.000d.2800.b100
100M
Root Bridge
xxxx
100M
B 网桥ID： 32768.000d.2800.b101
字段 根网桥ID 根路径成本 发送网桥ID 字段 端口ID 根网桥ID 根路径成本 发送网桥ID 端口ID 值 4096.000d.2800.b100 C
网桥ID：
32768.000d.2800.b102 0 当全网所有的交换机接收到全部的 BPDU并作比较后，就可以选择出唯 4096.000d.2800.b100 值 100M 一的一个根网桥 xxxx 100M 4096.000d.2800.b100
选择根网桥的依据
• 网桥ID（BID） 网桥ID是唯一的，交换机之间选择BID值最小的交换 机作为网络中的根网桥
选择根网桥的目的是为了给将 生成的树形结构确定一个树根
网桥优先级
网桥的MAC地址
2字节 取值范围：0 ～ 65535 缺省值：32768
6字节
STP选择根网桥举例
• 根据网桥ID选择根网桥
C Vlan 1- 4
Port 23
Port 22
Port 23
D
Port 22
Vlan 1- 4
Port 22 Port 23 Port 22
Port 23
A Vlan 1- 2的根网桥
Port 24
Port 24
B Vlan 3- 4的根网桥
32768.000d.28bf.4b40
32768.0013.6007.6a00
计时器值，用于说明生成树用多长时间完称它的每 项功能
STP使用BPDU选择根网桥
• 交换机启动时，假定自己是根网桥，在向外发送的 BPDU中，根网桥ID字段填写自己的网桥ID
网桥ID： C
字段 根网桥ID 根路径成本 发送网桥ID 端口ID 0 32768.000d.2800.b101 xxxx 值
A
DP
Root Port
DP
DP 100M
B 优先级：32768 MAC地址： 000d.2800.b101
优先级：4096 MAC地址： 000d.2800.b100
STP计算结果
• 经过STP计算，最终的逻辑结构为无环拓朴
优先级：32768 MAC 地址： 备份线路 000d.2800.b102
STP选择指定端口举例
• 在每个网段选择1个指定端口（DP）
这个端口既不是根端 口，也不是指定端口， STP将这个端口阻塞 C （Block） 100M
优先级：32768 MAC地址： 000d.2800.b102 100M
在这个网段上，B的 网桥ID较小，所以B 上的端口为指定端口
Root 根网桥上的端口 Bridge 都是指定端口