生成樹(shù)協(xié)議

第 8章 生成樹(shù)協(xié)議 / 第 8章 生成樹(shù)協(xié)議 學(xué)習(xí)目的與要求： 冗余鏈路是為了提高網(wǎng)絡(luò)的可用性、減少網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)間的重要措施。但交換機(jī)的基本工作原理導(dǎo)致了這樣的設(shè)計(jì)可能會(huì)在交換網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生廣播風(fēng)暴等問(wèn)題。本章介紹在交換網(wǎng)絡(luò)中既能保證冗余鏈路以提供鏈路備份，又能避免環(huán)路、廣播風(fēng)暴等問(wèn)題產(chǎn)生的技術(shù) 生成樹(shù)技術(shù)。 學(xué)完本章，你將能夠： 設(shè)計(jì)冗余鏈路 配置生成樹(shù)協(xié)議 / 第 8章 生成樹(shù)協(xié)議 8.1 交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路 8.2 生成樹(shù)協(xié)議 8.3 快速生成樹(shù)協(xié)議 8.4 VLAN快速生成樹(shù)協(xié)議 8.5 多實(shí)例生成樹(shù)協(xié)議 8.6 生成樹(shù)協(xié)議的配置命令 8.7 生成樹(shù)協(xié)議的配置實(shí)例 本章小結(jié) 本章實(shí)訓(xùn) 本章習(xí)題 / 8.1 交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路 本節(jié)主要介紹了 交換網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路的必要性以及其帶來(lái)的環(huán)路問(wèn)題的危害性 。 / 1.冗余鏈路的必要性 在由許多交換設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，為了提高網(wǎng)絡(luò)的可用性，保證各種網(wǎng)絡(luò)終端包括服務(wù)器在內(nèi)的設(shè)備間正常通信，絕大多數(shù)情況下我們常在交換網(wǎng)絡(luò)中采用多條鏈路連接交換設(shè)備，形成備份鏈接來(lái)保證線路上的單點(diǎn)故障不會(huì)影響正常網(wǎng)絡(luò)的通信。備份連接也叫備份鏈路或冗余鏈路。如圖 8-1（ b）所示，交換機(jī) SW1與交換機(jī) SW2之間的鏈路就是一個(gè)備份連接。在主鏈路（ SW1與 SW3的之間的鏈路或者 SW2與 SW3之間的鏈路）出故障時(shí)，備份鏈路自動(dòng)啟用，從而提高網(wǎng)絡(luò)的整體可靠性。 / SW1 SW3 SW2 故障 故障 SW 圖 8-1(a) 單點(diǎn)故障 8-1(b) 備份鏈路 / 2.環(huán)路的危害性 (1)廣播風(fēng)暴 (2)多幀復(fù)制 (3)MAC地址表的不穩(wěn)定 / 8.2 生成樹(shù)協(xié)議 本節(jié)主要介紹了 生成樹(shù)協(xié)議的功能以及生成樹(shù)協(xié)議的原理 。 / 8.2.1 生成樹(shù)協(xié)議的功能 生成樹(shù)協(xié)議的主要功能就是為了解決網(wǎng)絡(luò)中由于備份連接所產(chǎn)生的環(huán)路問(wèn)題。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有環(huán)路時(shí)，生成樹(shù)協(xié)議通過(guò)生成樹(shù)算法（ Spanning Tree Algorithm， SPA）生成一個(gè)沒(méi)有環(huán)路的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)主要鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，能夠自動(dòng)切換到備份鏈路，保證網(wǎng)絡(luò)的正常通信。 具體的實(shí)現(xiàn)方法是：生成樹(shù)協(xié)議通過(guò)在交換機(jī)上運(yùn)行 SPA算法，先使冗余端口置于 “ 阻塞狀態(tài) ” ，這樣可使網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)在通信時(shí)，只有一條鏈路生效；而當(dāng)這個(gè)鏈路出現(xiàn)障礙時(shí)，生成樹(shù)協(xié)議將會(huì)重新計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)鏈路，將原處于 “ 阻塞狀態(tài) ” 的部分端口重新打開(kāi)，從而確保網(wǎng)絡(luò)連接的穩(wěn)定性和可靠性。 / 8.2.2 生成樹(shù)協(xié)議的原理 1生成樹(shù)協(xié)議的基本原理 生成樹(shù)協(xié)議的主要思想就是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在環(huán)路時(shí)，通過(guò)一定的算法將交換機(jī)的某些端口進(jìn)行阻塞，從而使網(wǎng)絡(luò)形成一個(gè)無(wú)環(huán)路的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。具體實(shí)現(xiàn)如下： 網(wǎng)絡(luò)中選擇了一個(gè)交換機(jī)為根交換機(jī)（ Root Bridge）。 每個(gè)交換機(jī)都計(jì)算出了到根交換機(jī)（ Root Bridge）的最短路徑。 除根交換機(jī)外的每個(gè)交換機(jī)都有一個(gè)根口（ Root Port），即提供最短路徑到 Root Bridge的端口。 每個(gè) LAN都有了指定交換機(jī)（ Designated Bridge），位于該 LAN與根交換機(jī)之間的最短路徑中。指定交換機(jī)和 LAN相連的端口稱(chēng)為指定端口（ Designated port）。 根口（ Root port）和指定端口（ Designated port）進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)(Forwarding)狀態(tài)。 其他的冗余端口就處于阻塞狀態(tài)（ Forwardign或 Discarding）。 / 8.2.2 生成樹(shù)協(xié)議的原理 2生成樹(shù)協(xié)議的工作過(guò)程 SW1 Priority: 80-00 (00-00-0C-AA-AA-AA) SW2 Priority: 80-00 (00-00-0C-BB-BB-BB) SW3 Priority: 80-00 (00-00-0C-CC-CC-CC) Port1 Port2 Port1 Port2 Port1 Port2 Path Cost： 4 Path Cost： 4 Path Cost： 10 圖 8-2 STP工作過(guò)程 / 8.2.2 生成樹(shù)協(xié)議的原理 2生成樹(shù)協(xié)議的工作過(guò)程 （ 1）在網(wǎng)絡(luò)中選擇一個(gè)交換機(jī)為根交換機(jī) （ Root Bridge） 正如所有的樹(shù)都有樹(shù)根，生成樹(shù)也需要一個(gè)根，這通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)中選擇一個(gè)根交換機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在網(wǎng)絡(luò)中，所有的交換機(jī)都分配了一個(gè)優(yōu)先級(jí)別，具有最小優(yōu)先級(jí)別的交換機(jī)將成為根交換機(jī)。如果所有交換機(jī)的優(yōu)先級(jí)別都相同，則具有最小 MAC地址的交換機(jī)會(huì)成為根交換機(jī)。一開(kāi)始所有交換機(jī)都通過(guò)發(fā)送帶有自身交換機(jī) ID和優(yōu)先級(jí)別的hello數(shù)據(jù)包聲稱(chēng)自己是根交換機(jī)，如果有一個(gè)交換機(jī)收到另一個(gè)交換機(jī)的 hello數(shù)據(jù)包，發(fā)現(xiàn)對(duì)方比自己更適合成為根交換機(jī)時(shí)，就停止聲明自己是根交換機(jī)，而開(kāi)始轉(zhuǎn)發(fā)這個(gè)更好的交換機(jī)的 hello數(shù)據(jù)包，最終將有一個(gè)交換機(jī)在選舉中勝出，所有的交換機(jī)都支持該交換機(jī)成為根交換機(jī)。 / 8.2.2 生成樹(shù)協(xié)議的原理 2生成樹(shù)協(xié)議的工作過(guò)程 （ 2）根端口的選擇 除根交換機(jī)以外的的每臺(tái)交換機(jī)都將選擇一個(gè)根端口 (Root Port)，或者說(shuō)是選擇一個(gè) “ 最靠近 ” 根交換機(jī)的端口，這是通過(guò)判斷出有最小根路徑成本 (Lowest Root Path Cost)的端口實(shí)現(xiàn)的。所謂端口根路徑成本是指從該端口到根交換機(jī)的路徑成本。 （）指定端口的選擇 在每個(gè)網(wǎng)段選擇一個(gè)交換機(jī)端口處理該段網(wǎng)絡(luò)的流量，在網(wǎng)段內(nèi)有最小根路徑成本的端口就成為指定端口 (designated port)，如圖 8-2中交換機(jī) SW2的 Port2端口。 / 8.2.2 生成樹(shù)協(xié)議的原理 2生成樹(shù)協(xié)議的工作過(guò)程 （）刪除橋接環(huán) 根端口和指定端口進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā) Forwarding狀態(tài)，既不是根端口也不是指定端口的交換機(jī)端口被設(shè)為阻塞狀態(tài)，如 SW1的 Port1和 SW3的Port1。這一步斷開(kāi)了不設(shè)置阻塞將會(huì)形成的所有橋接環(huán) (bridging loop)。 / 8.2.2 生成樹(shù)協(xié)議的原理 生成樹(shù)協(xié)議的端口狀態(tài) Disabled(禁用 )：為了管理目的或者因?yàn)榘l(fā)生故障將端口關(guān)閉。 Blocking(阻塞 )：在初始啟用端口之后的狀態(tài)。端口不能接收或者傳輸數(shù)據(jù)，不能把 MAC地址加入它的地址表，只能接收 BPDU。如果檢測(cè)到有一個(gè)橋接環(huán)，或者如果端口失去了根端口或者指定端口的狀態(tài)，就會(huì)返回到阻塞狀態(tài)。 Listening(監(jiān)聽(tīng) )：若一個(gè)端口可以成為一個(gè)根端口或者指定端口，則轉(zhuǎn)入監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)。該端口不能接收或傳輸數(shù)據(jù)，也不能把 MAC地址加入到它的地址表，只能接收或發(fā)送 BPDU。 / 8.2.2 生成樹(shù)協(xié)議的原理 生成樹(shù)協(xié)議的端口狀態(tài) Learning(學(xué)習(xí) )：在轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí) (Forward Delay)計(jì)時(shí)時(shí)間（默認(rèn)為 15秒）之后，端口進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。端口不能傳輸數(shù)據(jù)，但可以發(fā)送和接收 BPDU。現(xiàn)在可以學(xué)習(xí) MAC地址，并將其加入到地址表中。 Forwarding(轉(zhuǎn)發(fā) )：在下一次轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)計(jì)時(shí)時(shí)間（默認(rèn)為 15秒）之后，端口進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。端口現(xiàn)在能夠發(fā)送和接收數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí) MAC地址，還能發(fā)送和接收 BPDU。 / 8.2.2 生成樹(shù)協(xié)議的原理 生成樹(shù)協(xié)議的缺點(diǎn) STP協(xié)議的缺陷主要表現(xiàn)在收斂速度上。 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)，新的 BPDU要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)延才能傳播到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)時(shí)延稱(chēng)為轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)，協(xié)議默認(rèn)值是 15秒。在所有交換機(jī)收到這個(gè)變化的消息之前，若舊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中處于轉(zhuǎn)發(fā)的端口還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)自己應(yīng)該在新的拓?fù)渲型Ｖ罐D(zhuǎn)發(fā)，則可能存在臨時(shí)環(huán)路。為了解決臨時(shí)環(huán)路的問(wèn)題，生成樹(shù)使用了一種定時(shí)器策略，即在端口從阻塞狀態(tài)到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)中間加上一個(gè)只學(xué)習(xí) MAC地址但不參與轉(zhuǎn)發(fā)的中間狀態(tài)，兩次狀態(tài)切換的時(shí)間長(zhǎng)度都是 Forward Delay，這樣就可以保證在拓?fù)渥兓臅r(shí)候不會(huì)產(chǎn)生臨時(shí)環(huán)路。但是，這個(gè)看似良好的解決方案實(shí)際上帶來(lái)的卻是至少兩倍轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)的收斂時(shí)間。 / 8.2.2 生成樹(shù)協(xié)議的原理 生成樹(shù)協(xié)議的缺點(diǎn) 描述生成樹(shù)性能的三個(gè)計(jì)時(shí)器 Listening (偵聽(tīng) ) 發(fā)送延遲 Blocking (阻塞 ) 最大保留時(shí)間 Learning (學(xué)習(xí) ) 發(fā)送延遲 Forwarding (發(fā)送 ) 時(shí)間 / 8.2.2 生成樹(shù)協(xié)議的原理 生成樹(shù)協(xié)議的缺點(diǎn) Hello timer(BPDU發(fā)送間隔 )：定時(shí)發(fā)送 BPDU報(bào)文的時(shí)間間隔，默認(rèn)為 2秒。 Forward-Delay timer(發(fā)送延遲 )：端口從 listening轉(zhuǎn)變向learning,或者從 learning轉(zhuǎn)向 forwarding狀態(tài)的時(shí)間間隔 ， 默認(rèn)為15秒 。 Max-Age timer(最大保留時(shí)間 )： BPDU 報(bào)文消息生存的最長(zhǎng)時(shí)間 。 當(dāng)超過(guò)這個(gè)時(shí)間 ， 報(bào)文消息將被丟棄 ， 默認(rèn)為 20秒 。 生成樹(shù)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間 （ 默認(rèn)值是 50秒左右 ） 穩(wěn)定之后 ， 所有端口或者進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài) ， 或者進(jìn)入阻塞狀態(tài) 。 STP BPDU仍然會(huì)定時(shí)（ 默認(rèn) 1次 /2秒 ） 從各個(gè)交換機(jī)的指定端口發(fā)出 ， 以維護(hù)鏈路的狀態(tài) 。如果網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化 ， 生成樹(shù)就會(huì)重新計(jì)算 ， 端口狀態(tài)也會(huì)隨之改變 。 / 8.2.2 生成樹(shù)協(xié)議的原理 生成樹(shù)協(xié)議的發(fā)展 在生成樹(shù)協(xié)議發(fā)展過(guò)程中，老的缺陷不斷被克服，新的特性不斷被開(kāi)發(fā)出來(lái)。按照大功能點(diǎn)的改進(jìn)情況，我們可以把生成樹(shù)協(xié)議的發(fā)展過(guò)程劃分成三代。 第一代生成樹(shù)協(xié)議： STP/RSTP 第二代生成樹(shù)協(xié)議： PVST/PVST+ 第三代生成樹(shù)協(xié)議： MISTP/MSTP / 8. 快速生成樹(shù)協(xié)議 本節(jié)主要介紹了快速生成樹(shù)協(xié)議的改進(jìn)之處、快速生成樹(shù)的形成過(guò)程以及快速生成樹(shù)與生成樹(shù)之間的兼容性。 / 1、 快速生成樹(shù)協(xié)議的改進(jìn)之處 RSTP協(xié)議在 STP協(xié)議基礎(chǔ)上作了以下三點(diǎn)重要改進(jìn)，使得收斂速度大大加快。 (1)為根端口和指定端口設(shè)置了快速切換用的替換端口（ Alternate Port）和備份端口（ Backup Port）兩種角色，當(dāng)根端口或指定端口失效的情況下，替換端口或備份端口就會(huì)無(wú)時(shí)延地進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。圖 8-4中所有交換機(jī)都運(yùn)行 RSTP協(xié)議， SW1是根交換機(jī)，假設(shè) SW2的端口 1是根端口，端口 2將能夠識(shí)別這個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，成為根端口的替換端口，進(jìn)入阻塞狀態(tài)。當(dāng)端口 1所在鏈路失效的情況下，端口 2就能夠立即進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，無(wú)需等待兩倍轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)時(shí)間。 / 1、快速生成樹(shù)協(xié)議的改進(jìn)之處 （ 2）在只連接兩個(gè)交換端口的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路中，指定端口只需與下游交換機(jī)進(jìn)行一次握手就可以無(wú)時(shí)延地進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。如果是連接了三個(gè)以上交換機(jī)的共享鏈路，下游交換機(jī)是不會(huì)響應(yīng)上游指定端口發(fā)出的握手請(qǐng)求的，只能等待兩倍轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。 （ 3）直接與終端相連而不是把其他交換機(jī)相連的端口定義為邊緣端口（ Edge Port）。邊緣端口可以直接進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，不需要任何延時(shí)。由于交換機(jī)無(wú)法知道端口是否是直接與終端相連，所以需要人工配置。 / 1、快速生成樹(shù)協(xié)議的改進(jìn)之處 SiSW1 SiSW1 SiSW2 SiSW2 1 1 2 2 / 2、快速生成樹(shù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?shù)的生成 假設(shè)三臺(tái)交換機(jī) SWA、 SWB、 SWC的 Bridge ID是遞增的，即 Switch A的優(yōu)先級(jí)最高， SWA與 SWB之間是千兆鏈路， SWB和 SWC為百兆鏈路， SWA和 SWC間為十兆鏈路。 SWA作為該網(wǎng)絡(luò)的骨干交換機(jī)，對(duì) SWB和 SWC都做了鏈路冗余，顯然，如果讓這些鏈路都生效是會(huì)產(chǎn)生廣播風(fēng)暴的。 SWA SWC SWB / 2、快速生成樹(shù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?shù)的生成 如果三臺(tái)交換機(jī)都打開(kāi)了 STP協(xié)議，它們通過(guò)交換 BPDU選出根交換機(jī)為 SWA。 SWB發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)端口都連在 SWA上，它就選出優(yōu)先級(jí)最高的端口為根端口 (Root Port)，另一個(gè)端口就被選為根端口的替換端口（ Alternate Port）。而 SWC發(fā)現(xiàn)它既可以通過(guò) SWB到 SWA，也可以直接到 SWA，但由于交換機(jī)通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)：就算通過(guò) B到 A的鏈路花費(fèi)也比直接到SWA的低，于是 SWC就選擇了與 SWB相連的端口為根端口，與SWA相連的端口為根端口的替換端口。都選擇好端口角色了，就進(jìn)入各個(gè)端口相應(yīng)的狀態(tài)，于是就生成了如下圖所示的情況。 / 2、快速生成樹(shù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?shù)的生成 SWA DP DP DP SWC AP RP SWB RP DP AP / 2、快速生成樹(shù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?shù)的生成 如果 SWA和 SWB之間的活動(dòng)鏈路出了故障，那么備份鏈路就會(huì)立即產(chǎn)生作用，于是就形成了如圖 8-7所示的情況。 SWA DP DP SWC AP RP SWB RP DP / 2、快速生成樹(shù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?shù)的生成 如果 SWB和 SWC之間的活動(dòng)鏈路出了故障，那么 SWC就會(huì)自動(dòng)把替換端口轉(zhuǎn)換為根端口，這就形成了如圖 8-8所示的情況。 SWA DP DP SWC RP RP SWB / 3、 RSTP與 STP的兼容性 RSTP保證了在交換機(jī)或端口發(fā)生故障后，迅速地恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)連接。一個(gè)新的根端口可快速地轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)發(fā)端口狀態(tài)。局域網(wǎng)中的交換機(jī)之間顯式的應(yīng)答使指定的端口可以快速地轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)發(fā)端口狀態(tài)。 在理想的條件下， RSTP應(yīng)當(dāng)是網(wǎng)絡(luò)中使用的默認(rèn)生成樹(shù)協(xié)議。由于 STP與 RSTP之間兼容性，由 STP到 RSTP轉(zhuǎn)換是無(wú)縫的。 RSTP協(xié)議可以與 STP協(xié)議完全兼容， RSTP協(xié)議會(huì)根據(jù)收到的 BPDU版本號(hào)來(lái)自動(dòng)判斷與之相連的交換機(jī)是支持 STP協(xié)議還是支持 RSTP協(xié)議，如果是與 STP交換機(jī)互連就只能按 STP的轉(zhuǎn)發(fā)方法，過(guò) 30秒再轉(zhuǎn)發(fā)，無(wú)法發(fā)揮 RSTP的最大功效。 / 3、 RSTP與 STP的兼容性 另外， RSTP和 STP混用時(shí)還會(huì)遇到這樣一個(gè)問(wèn)題。如圖 8-9（ a）所示，SWA是支持 RSTP協(xié)議的， SWB只支持 STP協(xié)議，它們互連時(shí)， SWA發(fā)現(xiàn)與它相連的是 STP交換機(jī)，就發(fā)送 STP的 BPDU來(lái)兼容它。但后來(lái)如果將 SWB換成了支持 RSTP協(xié)議的 SWC(如圖 8-9（ b）所示 )，但 SWA卻依然在發(fā) STP的BPDU，這樣會(huì)使 SWC也認(rèn)為與之互連的是 STP交換機(jī)了，結(jié)果兩臺(tái)支持RSTP的交換機(jī)卻以 STP協(xié)議來(lái)運(yùn)行，大大降低了效率。 為此， RSTP協(xié)議提供了協(xié)議遷移 (Protocol-migration)功能來(lái)強(qiáng)制發(fā)送 RSTP BPDU。當(dāng) SWA強(qiáng)制發(fā)送 RSTP BPDU時(shí)， SWC就發(fā)現(xiàn)與之互連的交換機(jī)是支持 RSTP的，于是兩臺(tái)交換機(jī)就都以 RSTP協(xié)議運(yùn)行了，如圖 8-9（ c）。 可見(jiàn)， RSTP協(xié)議相對(duì)于 STP協(xié)議的確改進(jìn)了很多。為了支持這些改進(jìn)， BPDU的格式做了一些修改，但 RSTP協(xié)議仍然向下兼容 STP協(xié)議，可以混合組網(wǎng)。 / SWA（ RSTP） SWB（ STP） STP BPDU STP BPDU SWA（ RSTP） SWC（ RSTP） STP BPDU STP BPDU SWA（ RSTP） SWC（ RSTP） RSTP BPDU RSTP BPDU (a)SWA支持 RSTP而 SWB只支持 STP (b)SWB被換成支持 RSTP的 SWC (c)啟用協(xié)議遷移功能后的 SWA和 SWC RSTP協(xié)議調(diào)整過(guò)程示意 / 8.4 VLAN快速生成樹(shù)協(xié)議 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上有多個(gè) VLAN時(shí)，必須保證每一個(gè) VLAN都不存在環(huán)路。 Cisco的 VLAN生成樹(shù)（ Per VLAN Spanning Tree， PVST）協(xié)議會(huì)為每個(gè) VLAN構(gòu)建一棵 STP樹(shù)。這樣做的好處是可以獨(dú)立地為每個(gè) VLAN控制哪些接口要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。缺點(diǎn)是如果 VLAN數(shù)量很多，會(huì)給交換機(jī)帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)。 Cisco交換機(jī)默認(rèn)的模式就是 PVST。 為了攜帶更多的信息， PVST BPDU的格式和 STP/RSTP BPDU格式已經(jīng)不一樣，發(fā)送的目的地址也改成了 Cisco保留地址 01-00-0C-CC-CC-CD，而且在 VLAN Trunk的情況下 PVST BPDU被打上了 802.1Q VLAN標(biāo)簽，所以 PVST協(xié)議并不兼容STP/RSTP協(xié)議。 / 8.4 VLAN快速生成樹(shù)協(xié)議 Cisco后來(lái)又推出了經(jīng)過(guò)改進(jìn)的 PVST+協(xié)議，并成為交換機(jī)產(chǎn)品的默認(rèn)生成樹(shù)協(xié)議。經(jīng)過(guò)改進(jìn)的 PVST+協(xié)議在VLAN1上運(yùn)行的是普通 STP協(xié)議，在其他 VLAN上運(yùn)行 PVST協(xié)議。 PVST+協(xié)議可以與 STP/RSTP互通，在 VLAN1上生成樹(shù)狀態(tài)按照 STP協(xié)議計(jì)算，在其他 VLAN上，普通交換機(jī)只會(huì)把PVST BPDU當(dāng)作多播報(bào)文按照 VLAN號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，但這并不影響環(huán)路的消除，只是 VLAN1和其他 VLAN的根交換機(jī)狀態(tài)可能不一致。 / 8.5 多實(shí)例生成樹(shù)協(xié)議 Cisco的多實(shí)例生成樹(shù)協(xié)議（ Multi-Instance Spanning Tree Protocol， MISTP）定義了 “ 實(shí)例 ” 的概念。STP/RSTP是基于端口的， PVST/PVST+是基于 VLAN的，而MISTP則是基于實(shí)例的，所謂實(shí)例就是多個(gè) VLAN的一個(gè)集合，通過(guò)將多個(gè) VLAN捆綁到一個(gè)實(shí)例中去的方法可以節(jié)省通信開(kāi)銷(xiāo)和資源占用率。 / 8.5 多實(shí)例生成樹(shù)協(xié)議 在使用的時(shí)候可以把多個(gè)相同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的 VLAN映射到一個(gè)實(shí)例中，這些 VLAN在端口上的轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)將取決于對(duì)實(shí)例在 MISTP中的狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)中所有交換機(jī)的 VLAN和實(shí)例的映射關(guān)系必須都一致，否則將影響網(wǎng)絡(luò)的連通性。為了檢測(cè)這種錯(cuò)誤， MISTP BPDU里除了攜帶實(shí)例號(hào)以外，還要攜帶實(shí)例對(duì)應(yīng)的 VLAN關(guān)系等信息， MISTP協(xié)議不處理STP/RSTP/PVST BPDU，所以不能兼容 STP/RSTP協(xié)議，甚至不能向下兼容 PVST/PVST+協(xié)議，在一起組網(wǎng)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)環(huán)路。為了讓網(wǎng)絡(luò)能夠平滑地從 PVST+模式遷移到 MISTP模式， Cisco在交換機(jī)產(chǎn)品里又做了一個(gè)可以處理 PVST BPDU的混合模式 MISTP-PVST+，網(wǎng)絡(luò)升級(jí)時(shí)需要先將設(shè)備都設(shè)置成 MISTP-PVST+模式，然后再全部設(shè)置成 MISTP模式 . / 8.5 多實(shí)例生成樹(shù)協(xié)議 MISTP既有 PVST的 VLAN認(rèn)知能力和負(fù)載均衡能力，又擁有可以和 PSTP相媲美的低 CPU占有率，不過(guò)極差的向下兼容性和協(xié)議的私有性限制了 MISTP的大范圍應(yīng)用。 多生成樹(shù)協(xié)議 (Multiple Spanning Tree， MST)來(lái)源于Cisco的 MISTP協(xié)議。它將許多基于 VLAN的生成樹(shù)集合成明確的實(shí)例，每個(gè)實(shí)例僅運(yùn)行一個(gè)快速生成樹(shù)，因而增強(qiáng)了RSTP的靈活性。 / 8.6生成樹(shù)協(xié)議的配置命令 （ 1）打開(kāi)、關(guān)閉 STP協(xié)議 Switch(config)# no spanning-tree vlan vlan-list 該命令可對(duì)指定 VLAN啟用或禁用 STP協(xié)議 (缺省 no時(shí)表示啟用 )。若缺省 vlan vlan-list選項(xiàng)，則在所有 VLAN上啟用 STP。 （ 2）設(shè)置生成樹(shù)協(xié)議的類(lèi)型 Swith(config)# spanning-tree mode pvst | mst | rapid-pvst Cisco交換機(jī)所支持的生成樹(shù)協(xié)議類(lèi)型包括： PVST、 PVST+、Rapid-PVST+、 MISTP和 MST等。該命令設(shè)置生成樹(shù)協(xié)議的類(lèi)型，默認(rèn)值為 pvst。若選 pvst則允許 PVST+；若選 mst則允許 MSTP和RSTP；若選 rapid-pvst則允許 rapid-pvst+。 / 8.6生成樹(shù)協(xié)議的配置命令 （ 3）配置交換機(jī)在所有 VLAN或指定 VLAN中的優(yōu)先級(jí) Switch(config)# spanning-tree vlan vlan-list priority priority 設(shè)置交換機(jī)的優(yōu)先級(jí)關(guān)系到哪個(gè)交換機(jī)將成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)或某個(gè) VLAN的根交換機(jī)，同時(shí)也關(guān)系到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)或某個(gè) VLAN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。建議管理員把核心交換機(jī)的優(yōu)先級(jí)設(shè)得高些（數(shù)值越小則優(yōu)先級(jí)越高），這樣有利于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定。 選項(xiàng) vlan-list的取值范圍是 14096。選項(xiàng) priority的設(shè)置值有 16個(gè)，都為 4096的倍數(shù)，分別是 0， 4096， 8192， 12288，16384， 20480， 24576， 28672， 32768， 36864， 40960， 45056，49152， 53248， 57344， 61440。默認(rèn)值為 32768。 / 8.6生成樹(shù)協(xié)議的配置命令 （ 4）設(shè)置端口在所有 VLAN或指定 VLAN中的優(yōu)先級(jí) Switch(config-if)#spanning-tree vlan vlan-list port-priorty priority 該命令設(shè)置指定端口在所有 VLAN或指定 VLAN中的優(yōu)先級(jí)，其中 priority選項(xiàng)的取值范圍是 0255，默認(rèn)值為 128。選項(xiàng)vlan-list的取值范圍是 14096。 （ 5）設(shè)置指定 VLAN的轉(zhuǎn)發(fā)延遲時(shí)間（端口狀態(tài)改變的時(shí)間間隔） Switch(config)#spanning-tree vlan vlan-list forward-time delay 該命令設(shè)置指定 VLAN的轉(zhuǎn)發(fā)延遲時(shí)間值，選項(xiàng) delay取值范圍為 415秒，默認(rèn)為 15秒 。 / 8.6生成樹(shù)協(xié)議的配置命令 （ 6）設(shè)置指定 VLAN的 Hello(呼叫 )計(jì)時(shí)器（定時(shí)發(fā)送 BPDU報(bào)文的時(shí)間間隔） Switch(config)#spanning-tree vlan vlan-list hello-time interval 該命令設(shè)置指定 VLAN的 Hello(呼叫 )計(jì)時(shí)器為 interval，其取值范圍為 110秒，默認(rèn)為 2秒 。 （ 7）設(shè)置指定 VLAN的 max-age （ BPDU報(bào)文消息生存的最長(zhǎng)時(shí)間） Switch(config)#spanning-tree vlan vlan-list max-age agingtime 該命令設(shè)置指定 VLAN的 max-age為 agingtime ，其取值范圍為 640秒，默認(rèn)為 20秒 。 / 8.6生成樹(shù)協(xié)議的配置命令 （ 8）設(shè)置端口路徑代價(jià)的默認(rèn)計(jì)算方法 Switch(config)# spanning-tree pathcost method long | short 該命令設(shè)置端口路徑代價(jià)的默認(rèn)計(jì)算方法，設(shè)置值為長(zhǎng)整型 (long， 32位 )或短整型（ short， 16位）。默認(rèn)情況下，Cisco交換機(jī)使用 short端口代價(jià)值。如果有 10Gbps或者更高帶寬的端口，就應(yīng)該將網(wǎng)絡(luò)里每臺(tái)交換機(jī)上的端口代價(jià)值的取值范圍設(shè)置為 long。 若要恢復(fù)到默認(rèn)值，可用 no spanning-tree pathcost method。 / 8.6生成樹(shù)協(xié)議的配置命令 （ 9）在端口或者接口上啟用 STP Root Guard功能 Switch(config-if)#spanning-tree guard root | none 該命令在端口或者接口上啟用 STP Root Guard功能。如果連接到某端口上的另一個(gè)交換機(jī)試圖成為根交換機(jī)，那么該端口就會(huì)轉(zhuǎn)入 STP的 root-inconsistent(監(jiān)聽(tīng) )狀態(tài)，當(dāng)端口上檢測(cè)不到 BPDU的時(shí)候，就會(huì)返回到正常運(yùn)行狀態(tài)。 （ 10）顯示所有 VLAN的 STP信息 Switch(config)#show spanning-tree active detail 該命令將顯示所有 VLAN的 STP信息，其中帶有的 detail選項(xiàng)的命令會(huì)得到每個(gè) VLAN中每個(gè)端口的詳細(xì)信息。 / 8.7 生成樹(shù)協(xié)議的配置實(shí)例 某學(xué)校為了開(kāi)展計(jì)算機(jī)教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)辦公，建立了一個(gè)計(jì)算機(jī)教室和一個(gè)學(xué)校辦公區(qū)，這兩處計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)兩臺(tái)交換機(jī)互連組成內(nèi)部校園網(wǎng)。為了提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，網(wǎng)絡(luò)管理員用 2條鏈路將交換機(jī)互連，現(xiàn)要在交換機(jī)上做適當(dāng)配置，使網(wǎng)絡(luò)避免環(huán)路。 本實(shí)例網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)如圖 8-10所示。兩臺(tái) Cisco Catalyst 2960 交換機(jī)分別命名為 SW1、 SW2。 PC1與 PC2在同一個(gè)網(wǎng)段，假設(shè) IP地址分別為 37和 36，網(wǎng)絡(luò)掩碼為。 / 8.7 生成樹(shù)協(xié)議的配置實(shí)例 F0/5 圖 8-10 網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)圖 (具體配置見(jiàn)教材 ) SW2 PC2 SW1 F0/5 PC1 F0/1 F0/2 F0/1 F0/2 / 本章小結(jié) 使用生成樹(shù)協(xié)議，可以保證橋接網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下存在多條冗余物理鏈路時(shí)，只有一條活動(dòng)的路徑。生成樹(shù)通過(guò)以下特性來(lái)達(dá)到此目標(biāo)： (1) 所有交換機(jī)的借口最終都將進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)或阻塞的穩(wěn)定狀態(tài)，處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)下的接口是生成樹(shù)的一部分。 (2) 一個(gè)交換機(jī)被選舉為根交換機(jī)。選舉過(guò)程從所有交換機(jī)都聲明自己為根交換機(jī)開(kāi)始，直到最后某個(gè)交換機(jī)被所有交換機(jī)認(rèn)為是最佳的根交換機(jī)。根交換機(jī)的所有借口都處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。 (3) 每個(gè)交換機(jī)都直接或通過(guò)其他交換機(jī)間接的從根交換機(jī)接收 hello數(shù)據(jù)包，每個(gè)交換機(jī)在多個(gè)接口上收到 hello數(shù)據(jù)包，接收具有最低成本 hello數(shù)據(jù)包的那個(gè)端口被稱(chēng)為交換機(jī)的根端口，該鍛口處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。 (4) 對(duì)每一個(gè)局域網(wǎng)段，轉(zhuǎn)發(fā)具有最低成本 BPDU的交換機(jī)是該網(wǎng)段的指定交換機(jī)，該交換機(jī)在網(wǎng)段上的接口被置于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。 (5) 所有其他接口被置與阻塞狀態(tài)。 / 本章實(shí)訓(xùn) 一、實(shí)訓(xùn)目的 理解快速生成樹(shù)協(xié)議 RSTP的配置及原理 ， 并掌握 RSTP的配置技能 。 / 本章實(shí)訓(xùn) 二、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容 配置快速生成樹(shù)協(xié)議 RSTP / 本章實(shí)訓(xùn) 三、實(shí)訓(xùn)設(shè)備 1 Cisco Catalyst 2960 交換機(jī) 3臺(tái)； PC機(jī) 6臺(tái)； 配置線 1根； 直通網(wǎng)線 9根。 如無(wú)硬件設(shè)備，建議使用 Cisc