ptn學(xué)習(xí)001-3stp協(xié)議40p完此課程您將會(huì)

1、STP協(xié)議介紹2022年9月1日學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)完此課程，您將會(huì)：了解STP產(chǎn)生的原因掌握STP的工作原理掌握MSTP的工作原理課程內(nèi)容交換機(jī)的工作原理及STP的產(chǎn)生STP協(xié)議原理RSTP/MSTP協(xié)議原理交換機(jī)的工作原理Station AStation B1/11/2Segment ASegment B交換機(jī)有著透明橋相同的特點(diǎn)透明橋會(huì)帶來(lái)哪些問(wèn)題？廣播風(fēng)暴幀的重復(fù)復(fù)制交換機(jī) MAC 地址表的不穩(wěn)定透明橋帶來(lái)的問(wèn)題廣播風(fēng)暴(1)Segment 1Segment 2Server/host XRouter Y BroadcastSwitch ASwitch B Host X 發(fā)送一個(gè)廣播包，交換機(jī)A

2、和B都將收到這個(gè)廣播包，并且分別進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)透明橋帶來(lái)的問(wèn)題廣播風(fēng)暴(2)Segment 1Segment 2Router Y BroadcastSwitch ASwitch BServer/host X 交換機(jī)A會(huì)再次收到來(lái)自交換機(jī)B的相同的廣播包，同樣B會(huì)收到來(lái)自A的相同的包透明橋帶來(lái)的問(wèn)題廣播風(fēng)暴(3)Segment 1Segment 2Server/host XRouter Y BroadcastSwitch ASwitch B 廣播包在該網(wǎng)絡(luò)中不斷被重復(fù)轉(zhuǎn)發(fā)，占據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬，導(dǎo)致正常數(shù)據(jù)不能被轉(zhuǎn)發(fā)，這種現(xiàn)象稱為“廣播風(fēng)暴”。透明橋帶來(lái)的問(wèn)題幀的重復(fù)復(fù)制(1)Segment 1Segment

3、 2Router Y UnicastSwitch ASwitch B Host X 發(fā)送一個(gè)單播幀到 Router Y 任何一臺(tái)交換機(jī)都沒(méi)有學(xué)到過(guò)Host X的MAC地址Server/host X透明橋帶來(lái)的問(wèn)題幀的重復(fù)復(fù)制(2)Segment 1Segment 2Server/host XRouter Y UnicastSwitch ASwitch B Unicast Unicast Router Y 收到兩個(gè)完全一樣的重復(fù)幀透明橋帶來(lái)的問(wèn)題MAC不穩(wěn)定(1)Segment 1Server/host XRouter Y Unicast UnicastSwitch A Switch BPort

4、 0Port 1Port 0Port 1 Host X發(fā)送一個(gè)單播幀到 Router Y 任何一臺(tái)交換機(jī)都沒(méi)有學(xué)到過(guò)Host X的MAC地址 Switch A 和 B 從各自的port 0學(xué)到Host X的MAC地址透明橋帶來(lái)的問(wèn)題MAC不穩(wěn)定(2)Segment 1Segment 2Router Y Unicast UnicastSwitch ASwitch BPort 0Port 1Port 0Port 1 該幀被洪泛(Flooding)轉(zhuǎn)發(fā) Switch A 和 B 錯(cuò)誤的從Port 1學(xué)到Host X的MAC地址 生成樹(shù)協(xié)議能夠發(fā)現(xiàn)并自動(dòng)消除冗余網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械沫h(huán)路。Blockx生成樹(shù)的產(chǎn)

5、生 應(yīng)該如何解決交換機(jī)環(huán)路帶來(lái)的這些問(wèn)題？課程內(nèi)容交換機(jī)的工作原理及STP的產(chǎn)生STP協(xié)議原理RSTP/MSTP協(xié)議原理STP的基本原理(1)f2b3f3b2f4b5f5b4f4b5f5b4接入層VLANs:23234545f =forwardingb=blockingf2 f3匯聚層DSW 1 Link ALink BDSW 2STP的基本原理(2)基本思想：在網(wǎng)橋之間傳遞特殊的消息（配置消息，也稱作BPDU消息），包含足夠的信息做以下工作： 從網(wǎng)絡(luò)中的所有網(wǎng)橋中，選出一個(gè)作為根網(wǎng)橋(Root) 計(jì)算本網(wǎng)橋到根網(wǎng)橋的最短路徑 對(duì)每個(gè)LAN，選出離根橋最近的那個(gè)網(wǎng)橋作為指定網(wǎng)橋，負(fù)責(zé)所在LAN

6、上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā) 網(wǎng)橋選擇一個(gè)根端口，該端口給出的路徑是此網(wǎng)橋到根橋的最佳路徑選擇 確定除根端口之外的包含于生成樹(shù)上的端口(指定端口)BPDU的幀格式DMALLC HeaderSMAL/TPayloadBPDU：Bridge Protocol Data UnitDMA: 目的MAC地址配置消息的目的地址, 固定的組播地址:0 x0180c2000000SMA: 源MAC地址即發(fā)送該配置消息的橋MAC地址L/T: 幀長(zhǎng)LLC Header: 配置消息固定的鏈路頭Payload: BPDU數(shù)據(jù)BPDU 的作用選舉根橋檢測(cè)發(fā)生環(huán)路的位置阻止環(huán)路的發(fā)生通告網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的改變監(jiān)控生成樹(shù)的狀態(tài)BPDU報(bào)文的處理將

7、各個(gè)端口收到的配置消息和自己的配置消息做比較，得出最優(yōu)的配置消息：選擇根網(wǎng)橋RootID：最優(yōu)配置消息的RootID計(jì)算到根橋的最短路徑開(kāi)銷RootPathCost：如果自己是根橋，則最短路徑開(kāi)銷為0，否則為它所收到的最優(yōu)配置消息的RootPathCost與收到該配置消息的端口開(kāi)銷之和選擇根端口RootPort：如果自己是根橋，則根端口為0，否則根端口為收到最優(yōu)配置消息的那個(gè)端口選擇指定端口：包括在生成樹(shù)上處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)的其它端口更新自己的配置消息，從指定端口發(fā)送新的配置消息如何確定最優(yōu)的配置消息1.比較根ID (RootID)2.比較到達(dá)根的距離 (RootPathCost)3.比較指定網(wǎng)橋I

8、D (Designated BridgeID)4.比較端口ID (PortID)配置消息的優(yōu)先級(jí)比較原則：Switch Y缺省優(yōu)先級(jí) 32768 (8000 hex)MAC 0c Switch X缺省優(yōu)先級(jí) 32768 (8000 hex) MAC 0c BPDUBPDU = Bridge Protocol Data Unit 橋接協(xié)議數(shù)據(jù)單元(缺省每2秒種發(fā)送)Root bridge = 有最低BridgeID的交換機(jī)Bridge ID = 橋優(yōu)先級(jí) + 橋 MAC 地址在本例中, 哪臺(tái)交換機(jī)有最低橋ID？STP根的選擇 RootPathCost = 離根的距離在本例中, 哪條路徑將會(huì)被阻塞

9、？STP路徑選擇 100101020 xRootACBSTP指定交換機(jī)的選擇 100A網(wǎng)段100Switch C缺省優(yōu)先級(jí) 32768 (8000 hex) MAC 0c Switch B缺省優(yōu)先級(jí) 32768 (8000 hex)MAC 0c DesignatedBridge ID = 有最低橋ID的交換機(jī)Bridge ID = 橋優(yōu)先級(jí) + 橋 MAC 地址在本例中, 哪臺(tái)交換機(jī)負(fù)責(zé)向A網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)？RootCBA100100Designated ID = 有最低Port ID的端口Port ID = 端口優(yōu)先級(jí) + 端口Index在本例中, 哪個(gè)端口會(huì)被阻塞？端口1缺省優(yōu)先級(jí) 128 端

10、口2缺省優(yōu)先級(jí) 128 端口1端口2BARootSTP指定端口的選擇課程內(nèi)容交換機(jī)的工作原理及STP的產(chǎn)生STP協(xié)議原理RSTP/MSTP協(xié)議原理單生成樹(shù)的缺點(diǎn)交換機(jī)A和D之間的鏈路不承載任何的流量ADCBMSTP的優(yōu)點(diǎn)(1)運(yùn)行MSTP之后，在交換機(jī)A上可以基于VLAN來(lái)阻斷或者開(kāi)放轉(zhuǎn)發(fā)資源ABADCBVLAN 3VLAN 2MSTP的優(yōu)點(diǎn)(2)承載VLAN 2 的拓?fù)涑休dVLAN 3 的拓?fù)銩BADCBABADCBMSTP中的基本概念(1)Region 1Region 2Region 3Region 4CSTVLAN mapping:VLAN 3 to Instance 3VLAN 5 t

11、o Instance 5VLAN others to ISTVLAN mapping:VLAN 2 to Instance 2VLAN 4 to Instance 4VLAN others to ISTVLAN mapping:VLAN 2 to Instance 2VLAN 3 to Instance 3VLAN others to ISTVLAN mapping:VLAN 4 to Instance 4VLAN 5 to Instance 5VLAN others to ISTISTRegion ROOTMSTICIST ROOTIST MasterMSTP中的基本概念(2)MSTI 多生

12、成樹(shù)實(shí)例(Multiple spanning tree instance)每個(gè)實(shí)例對(duì)應(yīng)一個(gè)或一組VLAN每個(gè)VLAN只能對(duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)例(映射)每個(gè)交換機(jī)可以運(yùn)行多個(gè)實(shí)例(MSTID:1-16)沒(méi)有配置VLAN與實(shí)例的映射關(guān)系時(shí)，所有VLAN映射到實(shí)例0實(shí)例是“MST域” 內(nèi)的概念MSTP中的基本概念(3)MSTI 多生成樹(shù)實(shí)例(Multiple spanning tree instance)每個(gè)實(shí)例上分別計(jì)算各自的生成樹(shù)，互不干擾每個(gè)實(shí)例的生成樹(shù)的算法與RSTP基本相同每個(gè)實(shí)例的生成樹(shù)可以有不同的根，不同的拓?fù)涿總€(gè)實(shí)例各自發(fā)自己的BPDU每個(gè)實(shí)例的拓?fù)淇梢匀藶橥ㄟ^(guò)配置來(lái)確定每個(gè)端口在不同實(shí)例上的

13、生成樹(shù)參數(shù)可以不同每個(gè)端口在不同實(shí)例上的角色、狀態(tài)可能不同MSTP中的基本概念(4)MST區(qū)域（MST region）每一個(gè)MST區(qū)域由一個(gè)或幾個(gè)具有相同MST 配置 ID（MCID） 的相連網(wǎng)橋組成，它們啟用相同的多個(gè)實(shí)例。用戶可以通過(guò)MSTP配置命令把多臺(tái)具有相同特征的交換機(jī)劃分在同一個(gè)MST域內(nèi)。也就是MST域（Multiple Spanning Tree Regions，多生成樹(shù)域）。MSTP中的基本概念(5)MST 配置 ID（MCID）用于判斷不同的MST橋是否屬于相同的MST域由四部分組成：Format Selector ：0（無(wú)需配置）Configuration Name ：3

14、2字節(jié)長(zhǎng)字符串（橋MAC）Revision Level：2字節(jié)非負(fù)整數(shù)（0）Configuration Digest：利用HMAC-MD5算法將域 中VLAN和實(shí)例的映射關(guān)系加密成16字節(jié)的摘要MSTP中的基本概念(6)CST公共生成樹(shù)(Common spanning tree)IST內(nèi)部生成樹(shù)(Internal spanning tree)內(nèi)部生成樹(shù)是多生成樹(shù)的一個(gè)特殊實(shí)例(instance ID= 0)MSTP中的基本概念(7)CIST（Common and internal spanning tree） 公共內(nèi)部生成樹(shù)是由所有IST（一棵IST視為一臺(tái)交換機(jī)），STP交換機(jī)和RSTP交換

15、機(jī)組成的一棵貫穿整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的樹(shù)?？偢–IST Root） 由網(wǎng)絡(luò)中所有交換機(jī)競(jìng)選出的優(yōu)先級(jí)最高的交換機(jī)成為總根域根（Region Root） 在一個(gè)域內(nèi)擁有相同域配置的MSTP交換機(jī)；某一多生成樹(shù)實(shí)例競(jìng)選出的優(yōu)先級(jí)最高的交換機(jī)成為該生成樹(shù)實(shí)例的域根。MSTP中的BPDU報(bào)文格式MSTP的實(shí)現(xiàn)原理(1)MSTP將整個(gè)二層網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)MST域，各個(gè)域之間通過(guò)計(jì)算生成CST域內(nèi)通過(guò)計(jì)算生成多棵生成樹(shù)，每棵生成樹(shù)都被稱為是一個(gè)MSTIMSTP同RSTP一樣，使用配置消息進(jìn)行生成樹(shù)的計(jì)算，只是配置消息中攜帶的是交換機(jī)上MSTP的配置信息。MSTP的實(shí)現(xiàn)原理(2)MSTI的計(jì)算在MST域內(nèi)，MSTP根據(jù)VLAN和生成樹(shù)實(shí)例的映射關(guān)系，針對(duì)不同的VLAN生成不同的生成樹(shù)實(shí)例。每棵生成樹(shù)獨(dú)立進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過(guò)程與STP/RSTP計(jì)算生成樹(shù)的過(guò)程類似。CIST生成樹(shù)的計(jì)算經(jīng)過(guò)比較配置消息后，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中選擇一個(gè)優(yōu)先級(jí)最高的交換機(jī)作為CIST的樹(shù)根。在每個(gè)MST域內(nèi)MSTP通過(guò)計(jì)算生成IST；同時(shí)MSTP將每個(gè)MST域作為單臺(tái)交換機(jī)對(duì)待，通過(guò)計(jì)算在MST域間生成CST。CST和IST構(gòu)成了整個(gè)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)的CIST。STP算法實(shí)現(xiàn)部分與SSTP部分相同。MSTP配置命令命令格式 命令模式 命令功能spanning-tree enable|disable 全局 啟用或關(guān)閉STP協(xié)議 spanning-t