最新chp 生成树协议STP
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• 减小了生成树拓扑的总范围 • 增强了可扩展性并减少了收敛时间 • 提供快速恢复和更好的可靠性 • 但PVST的缺点 • 交换机的负担增加 • 中继链路上带宽占用增加
2020-11-27
45
PVST+
• Cisco私有STP，允许CST和PVST在同一网络中存在 • PVST+支持802.1q • PVST+在每个VLAN上运行，保证每个VLAN都有一个无环的路径 • 可提供二层负荷分担
2020-11-27
15
选举指定端口
• 确定指定端口的步骤: • 确定跟桥 • 技术最小路径开销； • 确定最小的桥ID； • 确定最小的端口ID
2020-11-27
16
选择指定端口
2020-11-27
17
STP状态
转发 学习 侦听 阻塞 禁用
状态
发送和接收用户数据 构建桥接表 构建“活动”拓扑 只接收BPDU 管理关闭
2020-11-27
47
PVST和区域互连
2020-11-27
48
MISTP模式
• 允许多个VLAN形成一个生成树实例 • MISTP综合了PVST+二层负载均衡和802.1q cpu负载少的优点 • 在Catalyst4000、6000上是可选的模式 • MISTP实例是一个由桥接设备和端口参数定义的虚拟拓扑，当有VLAN映射时才成为真实的
2020-11-27
10
STP收敛的三步骤
• 选举一个根交换机：全网络只有一个； • 所有其它交换机计算出一组跟端口和指定端口； • 最终的拓扑是一个树状的结构
2020-11-27
11
选择根交换机
• 定期发送BPDU • BPDU的格式 • BPDU的功能：
• 选择根网桥； • 确定环路的位置； • 阻止环路； • 通知网络拓扑的改变； • 监控生成树的状态。 • 谁的BID小，谁就是跟交换机
24
BPDU的定时器
• 定时器用于阻止桥接环； • 定时器决定了STP的收敛时间。
2020-11-27
25
STP定时器
• Hello Time控制BPDU的发送间隔 • 转发延迟控制侦听/学习状态的持续时间，也控制桥接表的超时 • 最大生存时间是BPDU的最大有效时间 • 定时器参数在根交换机上修改
2020-11-27
40
RSTP的定时器
2020-11-27
41
RSTP BPDU的格式
2020-11-27
Leabharlann Baidu42
RSTP协议
• 在BPDU的标志字节中增加了更多的比特信息，用于描述端口角色和状态等 • 版本为2 • 网桥每隔2S发送一个携带当前信息的BPDU，即使它没有收到根桥的BPDU • 一个给定的端口，如果在联系3个周期内没有收到Hello报文，BPDU立即超时 • BPDU用于Keepalive • 对backboneFast，RSTP中也吸收了其优点，收到劣质BPDU的交换机在知道根桥正常的情况
2020-11-27
3
广播环路
• 发送到FF-FF-FF-FF-FF-FF的报文将在右图中 循环传递，永远不会停止
• 原因分析
2020-11-27
4
桥接表损坏
• 见右图的例子 • 主机B中途离开网络，交换机无对应桥接表项，
被迫发送广播报文，从而引起前面类似的问 题 • 另外，主机A的MAC地址会在交换机的两个端 口将不断的变换
2020-11-27
50
MST（802.1s）
• 可代表单生成树、多生成树 • 将802.1wRST算法扩散到多个生成树与单一
CST相反 • 具有快速收敛和负载分担的特点
2020-11-27
51
负载分担
• 常见办法是为每个VLAN配置一个网桥，使得VLAN流量沿着不同的路径到达根交换机 • 可使用两种方法在中继端口上配置负载分担
2020-11-27
5
网桥优先级
8字节的BID
网桥优先级
MAC地址
2字节
6字节
0~65535
源于背板/监控器
默认32768
• 用BID确定根网桥/跟交换机
• 比较的原则： • 假定（p1,m1）和（p2,m2）代表两个BID，如果p1<p2，或者p1=p2且m1<m2时， （p1,m1）<（p2,m2）
备影响STP拓扑
2020-11-27
54
使用根保护进行交换端口调整
• 根保护确保启用了根保护的端口成为指定端口 • 根保护是基于每个端口设置的，此时通常不允许端
口成为一个STP根端口
2020-11-27
55
默认STP配置
2020-11-27
56
启动和禁止STP
2020-11-27
33
BackboneFast
• 目的是为了避免最大生存时间（20S） • 当收到一个既是根桥又是指定网桥的BPDU时，
意味着一个间接链路发生故障
2020-11-27
34
RSTP
2020-11-27
35
RSTP状态
2020-11-27
36
RSTP端口角色
• 根端口：网桥上收到最佳BPDU的端口为根端口 • 指定端口：如果一个端口能发送最佳BPDU到其所连接的网段上，则就是一个指定端口 • 替代端口和备份端口相当于标准的阻塞状态端口 • 替代端口提供了到根桥的替代路径，可在根端口故障时替代它 • 备份端口提供了到同一网段的冗余连通性，但不能确保替代到根交换机的连通性
• 只用于连接到终端工作站的接入端口 • 交换机检查到链路后直接进入转发状态 • 只在端口初始化时有效 • 当由于某种原因进入阻塞状态时，仍然要经过侦听和学习状态
2020-11-27
32
UplinkFast
• 用于加速STP收敛时间和网络受影响时间 • 在链路故障时，直接启用备用链路并将其置为转发状态 • 并对外发送伪多播帧，目的地址为01-00-0C-CD-CD-CD
• 丢弃所连接网段上的收到的帧 • 丢弃从其它端口交换来需要转发的帧 • 将位置状态包含进自己的地址数据库 • 接收BPDU并直接传递给系统模块 • 接收处理并传递从系统模块收到的BPDU • 接收并响应网络管理消息
2020-11-27
21
转发状态
• 转发状态是一种在端口上既接收又转发数据流量的STP状态 • 端口特性：
2020-11-27
6
路径开销 • 用于衡量网桥间距离的远近。路径开销是按照整数存储的
2020-11-27
7
端口ID
16比特Port-ID
端口优先级
端口号
6比特
10比特
• 上面是CatOS中的结构图，在IOS中，两个字段各占8个比特 • 端口优先级可配置，端口号由系统根据端口的实际位置自动产生的
2020-11-27
8
STP协议运行的步骤
• 确定根交换机； • 计算到跟交换机的最小路径开销； • 确定最小的发送者BID； • 确定最小的端口ID。
2020-11-27
9
STP协议报文
• BPDU：网桥协议数据单元 • 交换机端口存储“最佳BPDU” • 当交换机第一次被激活时，其上所有端口每隔2S（默认Hello时间）发送一次Hello • 当交换机收到更好的BPDU时，就停止发送BPDU • 如果有20S没有从邻居收到这个最佳BPDU时，就在本地端口重新发送BPDU
描述
2020-11-27
18
阻塞状态
• 丢弃从所连接的网段上收到的数据帧或通过交互而来内部转发的帧 • 接收BPDU并直接传递给系统模块 • 无地址数据库 • 不传递从系统模块收到的BPDU • 接收并响应网络管理消息，但并不传递他们
2020-11-27
19
侦听状态
• 侦听状态是系统启动时或者在一段时间内没有收到BPDU时的状态 • 侦听状态不传递用户数据，但端口发送BPDU • 端口特性
• STP端口优先级：进行负载分担的链路必须连接到同一交换机 • STP路径开销：每条负载分担链路可以连接到同样的交换机或者两个不同的交换机
2020-11-27
52
负载分担
2020-11-27
53
用BPDU保护进行交换端口调整
• PortFast可能对STP的稳定性产生重要影响 • 增强的设计方案是在在PortFast后禁止对应设
最新chp3 生成树协议STPPPT课件
Dr.Feng
2020-11-27
1
内容提要
• STP操作 • STP过程 • STP增强 • 生成树的发展 • 调整、验证和故障排除STP • 以太信道
2020-11-27
2
简介
• STP是二层协议 • 目的是发现网络中物理环路，并生成一个无环的拓扑 • 没有STP，循环的流量将导致网络性能降低
• 转发从所连接网段上收到的帧 • 转发从其它端口交换来需要转发的帧 • 将位置状态信息包含进自己的地址数据库 • 接收BPDU，并直接转发给系统模块 • 处理系统模块传递来的BPDU • 接收并响应网管消息
2020-11-27
22
STP状态
2020-11-27
23
STP状态迁移
2020-11-27
2020-11-27
37
RSTP端口角色
2020-11-27
38
RSTP的定时器
• RSTP的生成树产生采用的是建议/协商机制 • 端口不需等待（转发延迟/最大生存期），不依赖于任何定时器 • 根桥的BPDU将从根迅速传递到其他地方
2020-11-27
39
RSTP的定时器
• 只有非边缘端口进入转发状态才导致拓扑变化，连接中断并不认为是拓扑变化 • 当发生拓扑变化时：
拓扑 • 每个MISTP实例有自己的根交换机和转发链路，根桥传递MISTP实例的信息给网络中其它交
换机 • 每个MISTP实例只有一个BPDU • 多个VLAN可映射到一个MISTP，但每个VLAN只能映射到一个MISTP实例
2020-11-27
49
MISTP-PVST+模式
• 是一种过渡模式 • 允许使用了MISTP功能的Catalyst4000和6000与老的、使用PVST+的Catalyst交换机连接 • MISTP-PVST+允许PVST+和MISTP间互操作
• 丢弃所连接网段接收到的帧或启动端口交换来的帧 • 没有地址数据库 • 接收BPDU并直接传递给系统模块 • 处理从系统模块收到的BPDU • 接收并响应网管消息 • 非指定端口将从帧听状态返回阻塞状态，其余端口在15S后进入学习状态
2020-11-27
20
学习状态
• 是网桥不传递用户数据帧但构建桥接表并收集数据帧源VLAN等信息的一种STP状态 • 学习状态的生存时间是15S • 端口特性：
2020-11-27
12
选举根交换机
2020-11-27
刚启动时，根ID＝BID
13
选举根端口 • 根端口是按照路径开销最靠近根交换机的端口
2020-11-27
14
选举指定端口
• 指定端口是连接到该网段上的一个桥接端口，它通过根交换机既向根交换机发送流量，也 从根交换机接收流量
• 指定网桥是指包含指定端口的网桥 • 判断准则：路径开销
2020-11-27
26
STP定时器
2020-11-27
27
BPDU的格式
2020-11-27
28
BPDU的格式
2020-11-27
29
拓扑变化
2020-11-27
30
STP增强措施
• PortFast • UplinkFast • BackboneFast
2020-11-27
31
PortFast
下，可立即向发送劣质BPDU的交换机发送包含根桥的BPDU
2020-11-27
43
RSTP的优势
• 去掉了三个定时器，性能高 • TC信息传递更简单快捷 • 链路故障信息能够更快的被检测到 • 吸收了BackboneFast的优点
2020-11-27
44
CST与PVST
• CST为所有VLAN定义单个生成树实例，BPDU在VLAN1上传递 • PVST为每个VLAN定义独立的生成树，需要ISL
2020-11-27
46
MST
• Mono spanning tree • 在非Cisco的802.1q交换机上实现 • 每个区域由同类型的交换机组成 • ISL可连接PVST区域和PVST+区域 • 802.1q可连接PVST+和MST区域 • PVST区域和MST区域不能通过Trunk链路连接（原因？）
• 如果有必要，RSTP网桥可以对其所有非边缘指定端口和根端口上启动一个TC While Timer，长度是2倍Hello时间
• RSTP网桥刷新所有与这些端口相关的MAC地址 • 当网桥从邻居收到TC置位的BPDU时，会发生下列事情：
• 网桥清除从其所有端口上学习到的MAC地址 • 网桥在其所有DP和RP上启动TC While Timer并发送TC置位的BPDU • 不需要先传递到根桥再扩散出去的这种方式
2020-11-27
45
PVST+
• Cisco私有STP，允许CST和PVST在同一网络中存在 • PVST+支持802.1q • PVST+在每个VLAN上运行，保证每个VLAN都有一个无环的路径 • 可提供二层负荷分担
2020-11-27
15
选举指定端口
• 确定指定端口的步骤: • 确定跟桥 • 技术最小路径开销； • 确定最小的桥ID； • 确定最小的端口ID
2020-11-27
16
选择指定端口
2020-11-27
17
STP状态
转发 学习 侦听 阻塞 禁用
状态
发送和接收用户数据 构建桥接表 构建“活动”拓扑 只接收BPDU 管理关闭
2020-11-27
47
PVST和区域互连
2020-11-27
48
MISTP模式
• 允许多个VLAN形成一个生成树实例 • MISTP综合了PVST+二层负载均衡和802.1q cpu负载少的优点 • 在Catalyst4000、6000上是可选的模式 • MISTP实例是一个由桥接设备和端口参数定义的虚拟拓扑，当有VLAN映射时才成为真实的
2020-11-27
10
STP收敛的三步骤
• 选举一个根交换机：全网络只有一个； • 所有其它交换机计算出一组跟端口和指定端口； • 最终的拓扑是一个树状的结构
2020-11-27
11
选择根交换机
• 定期发送BPDU • BPDU的格式 • BPDU的功能：
• 选择根网桥； • 确定环路的位置； • 阻止环路； • 通知网络拓扑的改变； • 监控生成树的状态。 • 谁的BID小，谁就是跟交换机
24
BPDU的定时器
• 定时器用于阻止桥接环； • 定时器决定了STP的收敛时间。
2020-11-27
25
STP定时器
• Hello Time控制BPDU的发送间隔 • 转发延迟控制侦听/学习状态的持续时间，也控制桥接表的超时 • 最大生存时间是BPDU的最大有效时间 • 定时器参数在根交换机上修改
2020-11-27
40
RSTP的定时器
2020-11-27
41
RSTP BPDU的格式
2020-11-27
Leabharlann Baidu42
RSTP协议
• 在BPDU的标志字节中增加了更多的比特信息，用于描述端口角色和状态等 • 版本为2 • 网桥每隔2S发送一个携带当前信息的BPDU，即使它没有收到根桥的BPDU • 一个给定的端口，如果在联系3个周期内没有收到Hello报文，BPDU立即超时 • BPDU用于Keepalive • 对backboneFast，RSTP中也吸收了其优点，收到劣质BPDU的交换机在知道根桥正常的情况
2020-11-27
3
广播环路
• 发送到FF-FF-FF-FF-FF-FF的报文将在右图中 循环传递，永远不会停止
• 原因分析
2020-11-27
4
桥接表损坏
• 见右图的例子 • 主机B中途离开网络，交换机无对应桥接表项，
被迫发送广播报文，从而引起前面类似的问 题 • 另外，主机A的MAC地址会在交换机的两个端 口将不断的变换
2020-11-27
50
MST（802.1s）
• 可代表单生成树、多生成树 • 将802.1wRST算法扩散到多个生成树与单一
CST相反 • 具有快速收敛和负载分担的特点
2020-11-27
51
负载分担
• 常见办法是为每个VLAN配置一个网桥，使得VLAN流量沿着不同的路径到达根交换机 • 可使用两种方法在中继端口上配置负载分担
2020-11-27
5
网桥优先级
8字节的BID
网桥优先级
MAC地址
2字节
6字节
0~65535
源于背板/监控器
默认32768
• 用BID确定根网桥/跟交换机
• 比较的原则： • 假定（p1,m1）和（p2,m2）代表两个BID，如果p1<p2，或者p1=p2且m1<m2时， （p1,m1）<（p2,m2）
备影响STP拓扑
2020-11-27
54
使用根保护进行交换端口调整
• 根保护确保启用了根保护的端口成为指定端口 • 根保护是基于每个端口设置的，此时通常不允许端
口成为一个STP根端口
2020-11-27
55
默认STP配置
2020-11-27
56
启动和禁止STP
2020-11-27
33
BackboneFast
• 目的是为了避免最大生存时间（20S） • 当收到一个既是根桥又是指定网桥的BPDU时，
意味着一个间接链路发生故障
2020-11-27
34
RSTP
2020-11-27
35
RSTP状态
2020-11-27
36
RSTP端口角色
• 根端口：网桥上收到最佳BPDU的端口为根端口 • 指定端口：如果一个端口能发送最佳BPDU到其所连接的网段上，则就是一个指定端口 • 替代端口和备份端口相当于标准的阻塞状态端口 • 替代端口提供了到根桥的替代路径，可在根端口故障时替代它 • 备份端口提供了到同一网段的冗余连通性，但不能确保替代到根交换机的连通性
• 只用于连接到终端工作站的接入端口 • 交换机检查到链路后直接进入转发状态 • 只在端口初始化时有效 • 当由于某种原因进入阻塞状态时，仍然要经过侦听和学习状态
2020-11-27
32
UplinkFast
• 用于加速STP收敛时间和网络受影响时间 • 在链路故障时，直接启用备用链路并将其置为转发状态 • 并对外发送伪多播帧，目的地址为01-00-0C-CD-CD-CD
• 丢弃所连接网段上的收到的帧 • 丢弃从其它端口交换来需要转发的帧 • 将位置状态包含进自己的地址数据库 • 接收BPDU并直接传递给系统模块 • 接收处理并传递从系统模块收到的BPDU • 接收并响应网络管理消息
2020-11-27
21
转发状态
• 转发状态是一种在端口上既接收又转发数据流量的STP状态 • 端口特性：
2020-11-27
6
路径开销 • 用于衡量网桥间距离的远近。路径开销是按照整数存储的
2020-11-27
7
端口ID
16比特Port-ID
端口优先级
端口号
6比特
10比特
• 上面是CatOS中的结构图，在IOS中，两个字段各占8个比特 • 端口优先级可配置，端口号由系统根据端口的实际位置自动产生的
2020-11-27
8
STP协议运行的步骤
• 确定根交换机； • 计算到跟交换机的最小路径开销； • 确定最小的发送者BID； • 确定最小的端口ID。
2020-11-27
9
STP协议报文
• BPDU：网桥协议数据单元 • 交换机端口存储“最佳BPDU” • 当交换机第一次被激活时，其上所有端口每隔2S（默认Hello时间）发送一次Hello • 当交换机收到更好的BPDU时，就停止发送BPDU • 如果有20S没有从邻居收到这个最佳BPDU时，就在本地端口重新发送BPDU
描述
2020-11-27
18
阻塞状态
• 丢弃从所连接的网段上收到的数据帧或通过交互而来内部转发的帧 • 接收BPDU并直接传递给系统模块 • 无地址数据库 • 不传递从系统模块收到的BPDU • 接收并响应网络管理消息，但并不传递他们
2020-11-27
19
侦听状态
• 侦听状态是系统启动时或者在一段时间内没有收到BPDU时的状态 • 侦听状态不传递用户数据，但端口发送BPDU • 端口特性
• STP端口优先级：进行负载分担的链路必须连接到同一交换机 • STP路径开销：每条负载分担链路可以连接到同样的交换机或者两个不同的交换机
2020-11-27
52
负载分担
2020-11-27
53
用BPDU保护进行交换端口调整
• PortFast可能对STP的稳定性产生重要影响 • 增强的设计方案是在在PortFast后禁止对应设
最新chp3 生成树协议STPPPT课件
Dr.Feng
2020-11-27
1
内容提要
• STP操作 • STP过程 • STP增强 • 生成树的发展 • 调整、验证和故障排除STP • 以太信道
2020-11-27
2
简介
• STP是二层协议 • 目的是发现网络中物理环路，并生成一个无环的拓扑 • 没有STP，循环的流量将导致网络性能降低
• 转发从所连接网段上收到的帧 • 转发从其它端口交换来需要转发的帧 • 将位置状态信息包含进自己的地址数据库 • 接收BPDU，并直接转发给系统模块 • 处理系统模块传递来的BPDU • 接收并响应网管消息
2020-11-27
22
STP状态
2020-11-27
23
STP状态迁移
2020-11-27
2020-11-27
37
RSTP端口角色
2020-11-27
38
RSTP的定时器
• RSTP的生成树产生采用的是建议/协商机制 • 端口不需等待（转发延迟/最大生存期），不依赖于任何定时器 • 根桥的BPDU将从根迅速传递到其他地方
2020-11-27
39
RSTP的定时器
• 只有非边缘端口进入转发状态才导致拓扑变化，连接中断并不认为是拓扑变化 • 当发生拓扑变化时：
拓扑 • 每个MISTP实例有自己的根交换机和转发链路，根桥传递MISTP实例的信息给网络中其它交
换机 • 每个MISTP实例只有一个BPDU • 多个VLAN可映射到一个MISTP，但每个VLAN只能映射到一个MISTP实例
2020-11-27
49
MISTP-PVST+模式
• 是一种过渡模式 • 允许使用了MISTP功能的Catalyst4000和6000与老的、使用PVST+的Catalyst交换机连接 • MISTP-PVST+允许PVST+和MISTP间互操作
• 丢弃所连接网段接收到的帧或启动端口交换来的帧 • 没有地址数据库 • 接收BPDU并直接传递给系统模块 • 处理从系统模块收到的BPDU • 接收并响应网管消息 • 非指定端口将从帧听状态返回阻塞状态，其余端口在15S后进入学习状态
2020-11-27
20
学习状态
• 是网桥不传递用户数据帧但构建桥接表并收集数据帧源VLAN等信息的一种STP状态 • 学习状态的生存时间是15S • 端口特性：
2020-11-27
12
选举根交换机
2020-11-27
刚启动时，根ID＝BID
13
选举根端口 • 根端口是按照路径开销最靠近根交换机的端口
2020-11-27
14
选举指定端口
• 指定端口是连接到该网段上的一个桥接端口，它通过根交换机既向根交换机发送流量，也 从根交换机接收流量
• 指定网桥是指包含指定端口的网桥 • 判断准则：路径开销
2020-11-27
26
STP定时器
2020-11-27
27
BPDU的格式
2020-11-27
28
BPDU的格式
2020-11-27
29
拓扑变化
2020-11-27
30
STP增强措施
• PortFast • UplinkFast • BackboneFast
2020-11-27
31
PortFast
下，可立即向发送劣质BPDU的交换机发送包含根桥的BPDU
2020-11-27
43
RSTP的优势
• 去掉了三个定时器，性能高 • TC信息传递更简单快捷 • 链路故障信息能够更快的被检测到 • 吸收了BackboneFast的优点
2020-11-27
44
CST与PVST
• CST为所有VLAN定义单个生成树实例，BPDU在VLAN1上传递 • PVST为每个VLAN定义独立的生成树，需要ISL
2020-11-27
46
MST
• Mono spanning tree • 在非Cisco的802.1q交换机上实现 • 每个区域由同类型的交换机组成 • ISL可连接PVST区域和PVST+区域 • 802.1q可连接PVST+和MST区域 • PVST区域和MST区域不能通过Trunk链路连接（原因？）
• 如果有必要，RSTP网桥可以对其所有非边缘指定端口和根端口上启动一个TC While Timer，长度是2倍Hello时间
• RSTP网桥刷新所有与这些端口相关的MAC地址 • 当网桥从邻居收到TC置位的BPDU时，会发生下列事情：
• 网桥清除从其所有端口上学习到的MAC地址 • 网桥在其所有DP和RP上启动TC While Timer并发送TC置位的BPDU • 不需要先传递到根桥再扩散出去的这种方式