STP協(xié)議詳解與實例

[*1*].冗余鏈路中存在的問題這一局部使用下面這個拓?fù)鋪碇v解一下鏈路冗余容易造成的三個問題:如下圖SW1和SW2之間有兩條線路相連，它們之間任何一條鏈路出現(xiàn)故障另外一條線路可以馬上頂替出現(xiàn)故障的那條鏈路，這樣可以很好的解決單鏈路故障引起的網(wǎng)絡(luò)中斷，但在此之前有下面三個問題需要考慮。*播送風(fēng)暴以太網(wǎng)交換機傳送的第二層數(shù)據(jù)幀不像路由器傳送的第三層數(shù)據(jù)包有TTL〔TimeToLive〕，如果有環(huán)路存在第二層幀不能被適當(dāng)?shù)慕K止，他們將在交換機之間永無止境的傳遞下去。結(jié)合交換機的工作原理，來看一下上面這張拓?fù)渲胁ニ惋L(fēng)暴是如何形成的:1,PC1發(fā)出一個播送幀〔可能是一個ARP查詢〕，SW1收到這個播送幀，SW1將這個播送幀從除接收端口的其他端口轉(zhuǎn)發(fā)出去〔即發(fā)往fa0/2、fa0/23、fa0/24〕。

2，SW2從自己的fa0/23和fa0/24都會收到SW1發(fā)過來的相同的播送幀，SW2再將這個播送幀從除接收端口外的所有其他接口發(fā)送出去〔SW2將從fa0/23接收的播送幀發(fā)往其他三個端口fa0/24、fa0/1、fa0/2,從fa0/24接收到的也會發(fā)往其他三個端口fa0/23、fa0/1、fa0/2〕。

3，這樣這個播送幀又從fa0/23以及fa0/24傳回了SW1，SW1再用相同的方法傳回SW2，除非物理線路被破壞，否那么PC1-4將不停的接收到播送幀，最終造成網(wǎng)絡(luò)的擁塞甚至癱瘓。*MAC地址表不穩(wěn)定播送風(fēng)暴除了會產(chǎn)生大量的流量外，還會造成MAC地址表的不穩(wěn)定，在播送風(fēng)暴形成過程中:1,PC1發(fā)出的播送幀到達SW1，SW1將根據(jù)源MAC進行學(xué)習(xí)，SW1將PC1的MAC和對應(yīng)端口fa0/1寫入MAC緩存表中。

2，SW1將這個播送幀從除接收端口之外的其他端口轉(zhuǎn)發(fā)出去，SW2接收到兩個來自SW1的播送〔從fa0/23和fa0/24〕，假設(shè)fa0/23首先收到這個播送幀，SW2根據(jù)源MAC進行學(xué)習(xí)，將PC1的MAC和接收端口fa0/23存入自己的MAC緩存表，但是這時候又從fa0/24收到了這個播送幀，SW1將PC1的MAC和對應(yīng)的fa0/24接口存入自己的MAC緩存表。

3，SW2分別從自己的這兩個接口再將這個播送幀發(fā)回給SW1，這樣PC1的MAC地址會不停的在兩臺交換機的fa0/23和fa0/24之間波動，MAC地址緩存表也不斷的被刷新，影響交換機的性能。*重復(fù)幀拷貝冗余拓?fù)涑藭聿ニ惋L(fēng)暴以及MAC地址的不穩(wěn)定，還會造成重復(fù)的幀拷貝:1,假設(shè)PC1發(fā)送一個單播幀給PC3，這個單播幀到達SW1，假設(shè)SW1上海沒有PC3的MAC地址，根據(jù)交換機的原理，對未知單播幀進行泛洪轉(zhuǎn)發(fā)，即發(fā)往除接收端口外的所有其他端口(fa0/2、fa0/23、fa0/24)。

2，SW2分從自己的fa0/23和fa0/24接收到這個單播幀，SW3知道PC3連接在自己的fa0/1接口上，所以SW1將這兩個單播幀都轉(zhuǎn)發(fā)給PC3。

3，PC1只發(fā)送了一個單播幀，PC3卻收到了兩個單播幀，這會給某些網(wǎng)絡(luò)環(huán)境比方流量統(tǒng)計帶來不精確計算等問題。[*2*].STP介紹基于冗余鏈路中存在的這些問題STP被設(shè)計出來用來解決這些問題，下面介紹STP的工作原理。*STP算法STP通過擁塞冗余路徑上的一些端口，確保到達任何目標(biāo)地址只有一條邏輯路徑，STP借用交換BPDU〔BridgeProtocolDataUnit，橋接數(shù)據(jù)單元〕來阻止環(huán)路，BPDU中包含BID〔BridgeID，橋ID〕用來識別是哪臺計算機發(fā)出的BPDU。在STP運行的情況下，雖然邏輯上沒有了環(huán)路，但是物理線上還是存在環(huán)路的，只是物理線路的一些端口被禁用以阻止環(huán)路的發(fā)生，如果正在使用的鏈路出現(xiàn)故障，STP重新計算，局部被禁用的端口重新啟用來提供冗余。STP使用STA〔SpanningTreeAlgorithm，生成樹算法〕來決定交換機上的哪些端口被堵塞用來阻止環(huán)路的發(fā)生，STA選擇一臺交換機作為根交換機，稱作根橋〔RootBridge〕，以該交換機作為參考點計算所有路徑。*根交換機選舉首先要知道什么是BID〔BridgeID，橋ID〕，因為根交換機的選舉是基于BID的，BID由三局部組成:優(yōu)先級、發(fā)送交換機的MAC地址、ExtendedSystemID〔擴展系統(tǒng)ID，可選項〕如下列圖所示:BID一共8個字節(jié)，其中優(yōu)先級2個字節(jié)，MAC地址6個字節(jié)。在不使用ExtendedSystemID的情況下，BID由優(yōu)先級域和交換機的MAC地址組成，針對每個VLAN，交換機的MAC地址都不一樣，交換機的優(yōu)先級可以是0-65535。在使用ExtendedSystemID的情況下每個VLAN的MAC地址可以相同〔在GNS3模擬器中不支持ExtendedSystemID，CiscoPacketTracer5.3支持ExtendedSystemID〕。值得一提的是，現(xiàn)在的交換機普遍使用ExtendedSystemID。擁有最小BID的交換機被選舉成為根交換機。在同一個播送域中的所有交換機都參與選舉根交換機，當(dāng)一臺交換機啟動時，它假設(shè)自己是根交換機，并默認(rèn)每隔2秒發(fā)送一次“次優(yōu)BPDU〞幀，BPDU幀中的RootID〔根交換機的BID〕和本機的BID相同。在一個播送域中的交換機互相轉(zhuǎn)發(fā)BPDU幀，并且從接收到的BPDU中讀取RootID，如果讀取到的RootID比本交換機的BID小，交換機更新RootID為這個較小的RootID，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)修改后的BPDU；如果接收的BPDU中的RootID比本交換機的BID大，那么繼續(xù)將自己的BID作為RootID向外發(fā)送BPDU，直到最后在同一個生成樹實例中擁有一致的RootID，這個RootID對應(yīng)了這個播送域中某臺交換機的BID〔并且這個BID一定是這個播送域最小的〕，這臺交換機就被選作根交換機。下面用一個實例來演示一下根交換機的選舉,在CiscoPacketTracer5.3中搭建下面這樣的拓?fù)?線連接好后等待幾十秒鐘，它們會自動選舉出根交換機,使用下面的命令驗證:1/*2

*在SW1上查看生成樹信息，因為SW1、SW2、SW3上面都沒有劃分其他的VLAN，3

*所以默認(rèn)只有VLAN0001的生成樹信息。4

*5

*"Spanningtreeenabledprotocolieee",6

*表示交換機使用的生成樹協(xié)議是"PVST+",這也是思科默認(rèn)的生成樹協(xié)議。7

*8

*"RootID"后面是VLAN1中根交換機的BID參數(shù)，9

*Priority32769，表示根交換機的優(yōu)先級是32769，10

*Address是根交換機的MAC地址，11

*"Thisbridgeistheroot"，表示當(dāng)前這臺交換機就是根交換機。12

*13

*"HelloTime

2sec

MaxAge20sec

ForwardDelay15sec"14

*BPDU發(fā)送間隔默認(rèn)2秒，最大存在時間是20秒，轉(zhuǎn)發(fā)延時是15秒。15

*16

*"BridgeID"后面的參數(shù)是本交換機的BID參數(shù)，17

*因為SW1就是根交換機，所以這個下面的參數(shù)和"RootID"是一樣的，18

*其中"priority32768sys-id-ext1",表示SW1的優(yōu)先級是32768,19

*ExtendedSystemID是1,所以優(yōu)先級就是32768+1。20

*2122

*接下來查看SW2和SW3的生成樹信息，就會知道為什么SW1可以被選舉成根交換機了。23

*/24SW1#showspanning-tree25VLAN000126

Spanningtreeenabledprotocolieee27

RootID

Priority

327692829

Thisbridgeistheroot30

HelloTime

2ec

MaxAge20sec

ForwardDelay15sec31

32

BridgeID

Priority

32769

(priority32768sys-id-ext1)3334

HelloTime

2sec

MaxAge20sec

ForwardDelay15sec35

AgingTime

2036

37Interface

RoleStsCost

Prio.NbrType38---------------------------------------------39Fa0/1

DesgFWD19

128.1

P2p40Fa0/2

DesgFWD19

128.2

P2p41Fa0/3

DesgFWD19

128.3

P2p42

43/*44

*查看SW2的生成樹信息，45

*46

*可以看到SW2的BID中，優(yōu)先級是32769，和根交換機〔SW1〕的相同，47

*但是SW2的MAC地址是0030.A310.3975，大于SW1的MAC地址，48

*因為BID=優(yōu)先級+MAC地址，49

*從這里可以看出SW1的BID要小于SW2的BID，50

*所以SW1為根交換機。51

*/52SW2#showspanning-tree53VLAN000154

Spanningtreeenabledprotocolieee55

56/*這里是根交換機，也就是SW1的BID信息*/57

RootID

Priority

327695859

Cost

1960

Port

2(FastEthernet0/2)61

HelloTime

2sec

MaxAge20sec

ForwardDelay15sec62

63/*這里是SW2的BID*/64

BridgeID

Priority

32769

(priority32768sys-id-ext1)6566

HelloTime

2sec

MaxAge20sec

ForwardDelay15sec67

AgingTime

2068....69

70/*查看SW3的生成樹信息，優(yōu)先級相同，同樣是因為MAC地址比SW1大*/71SW3#showspanning-tree72VLAN000173

Spanningtreeenabledprotocolieee74

RootID

Priority

327697576

Cost

1977

Port

1(FastEthernet0/1)78

HelloTime

2sec

MaxAge20sec

ForwardDelay15sec79

80

BridgeID

Priority

32769

(priority32768sys-id-ext1)8182

HelloTime

2sec

MaxAge20sec

ForwardDelay15sec83

AgingTime

2084....通過這個實例，結(jié)合前面說的根交換機選舉原理，就能很容易的理解根交換機是如何在一個播送域中被選舉出來的了。上面這種情況是默認(rèn)連線后不做任何修改根交換機的選舉情況，可以通過下面的命令將某臺交換機的優(yōu)先級改小，或者設(shè)置成動態(tài)優(yōu)先級(即永遠(yuǎn)比其它交換機的優(yōu)先級小)，這樣，這臺擁有較小優(yōu)先級的交換機將成為根交換機。結(jié)合上面這個拓?fù)鋱D(圖三)，將SW3的優(yōu)先級改小，從而到達手動指定一臺根交換機的目的:1/*首先我隨便配置一個優(yōu)先級*/2SW3(config)#spanning-treevlan1priority10003

4/*它提示我，只能是4096的倍數(shù)，可以是下面的這些值*/5%BridgePrioritymustbeinincrementsof4096.6%Allowedvaluesare:7

0

4096

8192

12288163842048024576286728

32768368644096045056491525324857344614409

10/*11

*這里就設(shè)置成4096,注意這里針對的是VLAN1，12

*不同的VLAN優(yōu)先級可以不同，13

*不同VLAN的STP選舉出來的根交換機也可以不同，14

*比方SW3現(xiàn)在是VLAN1的根交換機，15

*假設(shè)還存在一個VLAN2，并且在SW1上使用這條命令:16

*spanning-treevlan2priority409617

*那么SW1就將成為VLAN2的根交換機。前提是VLAN2下有端口。18

*/19SW3(config)#spanning-treevlan1priority409620SW3(config)#end21SW3#22

23/*過個一兩秒，查看SW3的生成樹信息，發(fā)現(xiàn)他已經(jīng)成為了根交換機。*/24SW3#showspanning-tree25VLAN000126

Spanningtreeenabledprotocolieee27

RootID

Priority

40972829

Thisbridgeistheroot30

HelloTime

2sec

MaxAge20sec

ForwardDelay15sec31

32

BridgeID

Priority

4097

(priority4096sys-id-ext1)3334

HelloTime

2sec

MaxAge20sec

ForwardDelay15sec35

AgingTime

2036....使用下面的命令可以讓交換機自動動態(tài)的調(diào)整自己的優(yōu)先級為整個播送域最小,使用這條命令讓SW2成為根交換機:1/*首先去除SW3上面手動配置的優(yōu)先級*/2SW3(config)#nospanning-treevlan1priority3

4/*然后配置自動調(diào)整優(yōu)先級，讓SW2自己動態(tài)調(diào)整*/5SW2(config)#spanning-treevlan1rootprimary6

7/*等待幾秒鐘，查看SW2的生成樹信息,發(fā)現(xiàn)根交換機變成了自己*/8SW2#showspanning-tree9VLAN000110

Spanningtreeenabledprotocolieee11

RootID

Priority

163851213

Thisbridgeistheroot14....*端口花費和路徑花費根交換機被選舉出來后，計算其他交換機到根交換機的花費，STA考慮兩種花費，端口花費和路徑花費，路徑花費是從根交換機出發(fā)到最終交換機前進方向進入的端口花費總和，也就是說在上面的拓?fù)鋱D圖三中，假設(shè)SW1是根交換機，想要改變SW3到根交換機SW1的花費，應(yīng)該在SW3的fa0/1來改變，而不是在SW1的fa0/3端口上改變。如果一臺交換機有多條路徑到達根交換機，這臺交換時機選擇路徑花費最小的那條，下面是默認(rèn)的端口花費參照表:這個參照表只是端口默認(rèn)的花費，端口花費是可以手動修改的,因為〞CiscoPacketTracer5.3″不支持修改端口花費，修改端口花費的實驗使用GNS3來進行，拓?fù)淙缦?圖五中SW1被選舉成為根交換機，先在SW3上面查看一下默認(rèn)的生成樹信息:1SW3#showspanning-treebrief2

3VLAN14

Spanningtreeenabledprotocolieee5

RootID

Priority

3276867

8/*9

*可以看到SW3到根交換機的花費是19，10

*這說明SW3的fa0/0接口速率是100Mb/s。11

*/12

Cost

1913

Port

1(FastEthernet0/0)14

HelloTime

2secMaxAge20secForwardDelay15sec15.....通過下面的命令來修改SW3到根交換機的花費:1/*將SW3的fa0/0接口的花費改成40*/2SW3(config)#intfa0/03SW3(config-if)#spanning-treecost404SW3(config-if)#end5

6/*7

*再次查看SW3的生成樹信息，發(fā)現(xiàn)花費居然變成了38，8

*這是為什么呢？不是應(yīng)該為40嗎？9

*另外我們還發(fā)現(xiàn)下面的Port端口也發(fā)生了變化，10

*沒有修改前是Fa0/0,現(xiàn)在是Fa0/1,11

*這說明去往根交換機的數(shù)據(jù)是通過SW3的Fa0/1發(fā)給SW2再轉(zhuǎn)發(fā)給SW1的，12

*這是因為我們將SW3的Fa0/0的花費修改成了40，13

*然而，通過SW3的Fa0/1發(fā)給SW2再轉(zhuǎn)發(fā)給SW1的花費只有38，14

*即SW3的Fa0/1的默認(rèn)花費19，加上SW2的Fa0/2的默認(rèn)花費19，15

*前面也提到了，交換機選取花費最小的那條路徑去往根交換機。16

*/17SW3#showspanning-treebrief18VLAN119

Spanningtreeenabledprotocolieee20

RootID

Priority

327682122

Cost

3823

Port

2(FastEthernet0/1)24....*BPDU結(jié)構(gòu)淺析前面提到的交換機之間通過轉(zhuǎn)發(fā)BPDU來選擇根交換機，這里講BPDU幀的結(jié)構(gòu)簡單的介紹一下:BPDU包含12個字段，如上圖所示，局部字段解釋如下:Flags:標(biāo)記域,包含TC〔TopologyChange，拓?fù)涓淖儭潮忍匚唬琓CA(TopologyChangeAcknowledgment,拓?fù)涓淖兇_認(rèn))比特位。RootID:包含了根交換機的BID。Costofpath:到根交換機的路徑花費。BridgeID:轉(zhuǎn)發(fā)BPDU的交換機的BID。PortID:轉(zhuǎn)發(fā)BPDU的交換機的PID，PID等于端口優(yōu)先級(默認(rèn)128)加端口號，后面會介紹到。Messageage:BPDU已經(jīng)存在的時間。Maxage:BPDU最大存在時間。Hellotime:根交換機發(fā)送配置信息的間隔時間，默認(rèn)2秒。ForwardDelay:轉(zhuǎn)發(fā)延時，默認(rèn)15秒。*STP端口角色1,根端口(RootPort,RP),每個非根交換機上有且僅有一個根端口，稍后的生成樹選舉中會詳細(xì)介紹根端口的選舉過程。

2，指派端口(DesignatedPort,DP),網(wǎng)絡(luò)上除根端口外，所有允許轉(zhuǎn)發(fā)流量的端口，每個網(wǎng)段都有一個指派端口，根交換機上的端口都是指派端口。

3，非指派端口，既不是根端口也不是指派端口，這種端口雖然是激活的但是會被堵塞(Blocking)用來阻止環(huán)路。根端口和指派端口都處于轉(zhuǎn)發(fā)(Forwarding)狀態(tài)。

4，禁用端口，被管理員使用〞shutdown〞命令關(guān)閉的端口稱作禁用端口，禁用端口不參與生成樹算法。*端口狀態(tài)和BPDU時間互連交換機通過在一個播送域交換BPDU幀構(gòu)建一個邏輯上無環(huán)的路徑，當(dāng)一臺交換機啟動后，如果一個交換機端口直接轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)可能會造成暫時性的環(huán)路。為了使用這個邏輯生成樹，交換機需要在五種狀態(tài)間轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換會歷經(jīng)三種BPDU時間。下面是STP中的五種端口狀態(tài):1，Down(禁用)狀態(tài)?？梢允褂猫昻oshutdown〞命令和插入網(wǎng)線來激活。

2，Blocking〔阻塞〕狀態(tài)。鏈路激活后轉(zhuǎn)入阻塞狀態(tài)，這個狀態(tài)大約停留20秒，主要用來確定該端口的角色。如果判斷出該端口是非指派端口，那么將保持在這一狀態(tài)，即阻塞，如果處在阻塞狀態(tài)的端口接收不到BPDU了，也會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)。如果判斷出是其他端口角色，那么轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)。

3，Listening〔偵聽〕狀態(tài)。這個狀態(tài)大約停留15秒，除了接收BPDU外，還向鄰居發(fā)送BPDU，通知鄰居它將參與激活拓?fù)洹?/p>

4，Learning〔學(xué)習(xí)〕狀態(tài)。大約停留15秒，開始學(xué)習(xí)MAC地址。

5，F(xiàn)orwarding〔轉(zhuǎn)發(fā)〕狀態(tài)。端口可以轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。BPDU的時間有三種，HelloTime、MaxAge、ForwardDelay:1,Hello時間控制了發(fā)送配置BPDU的時間間隔，默認(rèn)2秒。這是根交換機生成BPDU并向非根交換機發(fā)送的間隔。

2,非根交換機接收到根交換機發(fā)送來的BPDU，再從除接收端口以外的其他端口轉(zhuǎn)發(fā)出去，如果在2-20秒里面由于網(wǎng)絡(luò)故障沒有新的BPDU從根交換機發(fā)送過來，非根交換機將停止向外發(fā)送從根交換機接收到的BPDU。如果這種情況持續(xù)20秒，也就是最大存活期，非根交換機就使原儲存的BPDU無效，并開始尋找新的根端口。所謂最大存活期就是非根交換機丟棄BPDU前用來備份儲存它的時間。

3,轉(zhuǎn)發(fā)延時是交換機在偵聽狀態(tài)到學(xué)習(xí)狀態(tài)所花的時間，默認(rèn)是15秒。從上面的表達中我們可能會發(fā)現(xiàn)，一臺啟動STP的交換機，每個端口從UP到Forwarding所需的時間大約是50秒左右，而普通的二層交換機端口UP到Forwarding瞬間就能完成。這會帶來一個問題，那就是如果這臺啟動STP的交換機的接口連接的是一個終端設(shè)備，比方計算機，那么端口加電啟動后計算機就要等上50秒才能發(fā)送數(shù)據(jù)，這很不合理，可以使用下面的命令將支持STP的交換機與終端相連的端口設(shè)置成快速端口，這樣端口從UP到Forwarding也能一瞬間完成了。但需要注意的是，僅在連接計算機的端口上使用快速端口的功能，不要在和其他交換機，集線器網(wǎng)橋相連的端口上使用這個功能，否那么容易造成環(huán)路。1/*假設(shè)這臺交換機的fa0/1到10口都連接的是計算機*/2Switch(config)#intrangefa0/1-103Switch(config-if-range)#spanning-treeportfast[*3*].STP收斂STP的收斂就是整個網(wǎng)絡(luò)到達穩(wěn)定的狀態(tài)，選舉出了根交換機，并決定出所有端口的角色，排除所有的潛在環(huán)路。*生成樹的選舉這一小節(jié)是這篇文章最重要的局部，上面的所有理論都會在這一小節(jié)得到解釋和應(yīng)用，STP最終收斂成為一個沒有環(huán)路的網(wǎng)絡(luò)需要通過下面四個步驟:每個播送域只能有一個根交換機。每個非根交換機有且只有一個根端口。每個網(wǎng)段有且只能有一個指派端口。既不是根端口也不是指派端口的端口會被阻塞。下面來看看生成樹的選舉過程，一共分為四步:1，選舉根交換機交換機之間通過發(fā)送BPDU來選舉根交換機，擁有最小BID的交換機將成為根交換機，每個播送域只能有一個根交換機。2，選舉根端口每個非根交換機有且只有一個根端口，選舉根端口依照下面的順序。***首先，最低花費的端口將成為根端口；在花費相同的情況下比擬發(fā)送者的BID，BID小的將成為根端口，請看下面這張拓?fù)鋱D:圖中SW1被選舉成根交換機，交換機之間的鏈路都是100Mb/s,所以SW2的根端口是SW2的fa0/2接口，SW3的根端口是SW3的fa0/1接口，因為他們從這個接口去根交換機的花費都是19，小于通過SW4去根交換機的花費。那么SW4的根端口是哪個呢？不管從自己的哪個接口去往根交換機〔經(jīng)過SW2或SW3〕，花費都是一樣(38),所以在花費相同的情況下比擬發(fā)送者的BID，也就是比擬SW2和SW3的BID，顯然SW2的BID(32768+2222.2222.2222)小于SW3的BID〔〕，所以SW4將自己和SW2相連的接口fa0/4選舉成為根端口。***在發(fā)送者BID相同的情況下，比擬發(fā)送者的PID,請看下面這張圖:圖中，SW1和SW2通過兩條100Mb/s線路相連，SW1擁有較小的BID被選舉成為根交換機，這時SW2要選舉根端口，首先SW2會尋找最低花費的端口,但是去往SW1的兩個端口的花費都是19，然后SW2比擬發(fā)送者的BID，SW2發(fā)現(xiàn)，兩個端口都連接的是SW1，發(fā)送者(SW1)的BID相同，這個時候，就會比擬發(fā)送者的PID，也就是端口ID〔端口ID等于優(yōu)先級(默認(rèn)端口優(yōu)先級是128)加上端口號〕,發(fā)送者〔SW1〕端口ID較小的那個端口對應(yīng)的本地〔SW2〕上的那個端口，將成為根端口。我們在SW1上查看生成樹信息:1SW1#showspanning-tree2VLAN00013

Spanningtreeenabledprotocolieee4

RootID

Priority

2457756

Thisbridgeistheroot7

HelloTime

2sec

MaxAge20sec

ForwardDelay15sec8

9

BridgeID

Priority

24577

(priority24576sys-id-ext1)1011

HelloTime

2sec

MaxAge20sec

ForwardDelay15sec12

AgingTime

2013

14/*15

*這一局部信息就是SW1上面的端口信息，其中Prio下面的就是端口ID，16

*可以看到SW1的fa0/1默認(rèn)端口ID是128.1，小于fa0/2的端口ID。17

*/18Interface

RoleStsCost

Prio.NbrType19---------------------------------------------------20Fa0/1

DesgFWD19

128.1

P2p21Fa0/2

DesgFWD19

128.2

P2p22

23SW1#從輸出可以看到，SW1上面的fa0/1擁有較小的端口ID，它對應(yīng)了SW2的fa0/2端口，所以SW2的fa0/2端口被選舉成為根端口。***如果發(fā)送者的PID也相同，那么比擬接收者的PID,看下面這種情況:圖中，SW1的fa0/1連接在一臺集線器上，SW2的fa0/1和fa0/2也連接在這臺集線器上，線路均為100Mb/s，假設(shè)SW1擁有較小的BID被選舉成根交換機，SW2現(xiàn)在要選舉根端口，首先根據(jù)前面說的，比擬花費，SW2從兩個端口到根交換機SW1的花費都相同；然后SW2比擬發(fā)送者BID，發(fā)送者(SW1)的BID也相同；SW2再比擬發(fā)送者PID，發(fā)現(xiàn)PID也相同；這個時候，SW2比擬接收者，也就是自己的PID，將自己PID最小的那個端口選舉成根端口。可以根據(jù)SW2的生成樹信息輸出判斷，fa0/1擁有更小的PID，所以它被選舉成為根端口:1SW2#showspanning-tree2VLAN00013

Spanningtreeenabledprotocolieee4

RootID

Priority

2457756

Cost

197

Port

1(FastEthernet0/1)8

HelloTime

2sec

MaxAge20sec

ForwardDelay15sec9

10

BridgeID

Priority

32769

(priority32768sys-id-ext1)1112

HelloTime

2sec

MaxAge20sec

ForwardDelay15sec13

AgingTime

2014

15/*16

*下面這一局部可以清楚的看到fa0/1擁有更小的PID128.1,17

*RootFWD表示這個端口被選舉成為了根端口，并且狀態(tài)是轉(zhuǎn)發(fā)，18

*AltnBLK表示這個端口既不是根端口也不是指派端口，被阻塞。19

*/20Interface

RoleStsCost

Prio.NbrType21-------------------------------------------------22Fa0/1

RootFWD19

128.1

Shr23Fa0/2

AltnBLK19

128.2

Shr24

25/*26

*這里補充一個知識點，端口的優(yōu)先級默認(rèn)為128,27

*而這個端口優(yōu)先級是可以手動修改的，28

*可以將fa0/2的優(yōu)先級通過下面的命令改成100，29

*這樣STP重新收斂，F(xiàn)a0/1將被阻塞，F(xiàn)a0/2將被選舉成為根端口,30

*端口優(yōu)先級的取值范圍是0-255，31

*CiscoPacketTracer中不支持這一條命令，可以在GNS3中測試。32

*/33SW2(config)#intfa0/234SW2(config-if)#spanning-treeport-priority100到這里，選舉根端口的全部可能性都講解完了。下面講解指派端口的選舉。3，選舉指派端口每個網(wǎng)段有且只有一個指派端口。其實，每個網(wǎng)段都有一個指派交換機，指派交換機上如果有多個端口，再從多個端口中選舉出一個成為指派端口，指派端口的選舉依照下面的順序:***比擬花費圖中，假設(shè)SW1被選舉成了根交換機，因為每個網(wǎng)段都有一個指派端口，在SW1和SW3相連的線路上，由于SW1本身是根交換機，SW1的fa0/1端口到自己的花費是0，所以SW1的fa0/1接口被選舉成指派端口〔根交換機上的所有端口都是指派端口〕；同理在SW1和SW2相連的網(wǎng)段上，SW1的fa0/2也被選舉成了指派端口；而在SW2和SW3相連的網(wǎng)段上，由于SW1和SW2之間是1Gb/s鏈路，SW2去往根交換機的花費〔4〕要小于SW3去往根交換的花費〔19〕，所以SW2是這個網(wǎng)段上的指派交換機，SW2的fa0/3將成為這個網(wǎng)段的指派端口。再根據(jù)前面的根端口的選舉可以知道SW2的fa0/2是根端口，SW3的fa0/1是根端口，SW3的fa0/3端口因為不是根端口，也不是指派端口，所以被阻塞。***花費相同那么比擬接收者的BID〔這次不是發(fā)送者了〕圖中，SW1是根交換機，在SW2和SW3相連的網(wǎng)段上，SW2和SW3到根交換機的花費相同，這時就需要比擬接收者的BID，也就是SW2和SW3的BID，BID小的將成為指派交換機，從圖中可以看到SW2的BID小于SW3的BID，所以SW2是指派交換機，SW2的fa0/3端口將成為指派端口。***接收者的BID也相同那么比擬接收者的PID圖中，SW1是根交換機，SW2和SW3相連的網(wǎng)段上有一臺集線器，SW2有兩個端口連接在這臺集線器上，這種情況下，根據(jù)上面一步比擬出了SW2的BID比SW3小，但是SW2上面有多個端口連接在這個網(wǎng)段，這時就要比擬這些端口的PID，擁有最小PID的成為指派端口(fa0/3)，PID大的剩余端口全部阻塞〔fa0/4阻塞〕,通過在SW2上查看生成樹信息驗證:1SW2#showspanning-tree2VLAN00013

Spanningtreeenabledprotocolieee4

RootID

Priority

2457756

Cost

197

Port

2(FastEthernet0/2)8

HelloTime

2sec

MaxAge20sec

ForwardDelay15sec9

10

BridgeID

Priority

32769

(priority32768sys-id-ext1)1112

HelloTime

2sec

MaxAge20sec

ForwardDelay15sec13

AgingTime

2014

15Interface

RoleStsCost

Prio.NbrType16-------------------------------------------------17Fa0/2

RootFWD19

128.2

P2p18Fa0/3

DesgFWD19

128.3

Shr19Fa0/4

AltnBLK19

128.4

Shr20/*可以看到默認(rèn)的PIDfa0/3比fa0/4小，所以fa0/4被阻塞,fa0/3是指派端口*/4，阻塞端口既不是根端口也不是指派端口的端口將被阻塞。*STP拓?fù)渥兓?dāng)交換機檢測到端口發(fā)生了變化時，交換機將通知根交換機拓?fù)渥兓闆r，根交換機再將這一情況擴散到整個網(wǎng)絡(luò)，有三種特殊的BPDU用來完成這些工作:TCN(TopologyChangeNotification)BPDU-拓?fù)涓淖兺ㄖ狟PDU、TCA〔TopologyChangeAcknowledgement〕BPDU-拓?fù)涓淖兇_認(rèn)BPDU、TC〔TopologyChange〕BPDU，下列圖演示了這一過程:圖中，左邊SW5首先檢測到了拓?fù)渥兓?，它從根端口向SW2發(fā)送TCN，SW2使用TCA向SW5確認(rèn)，然后SW2產(chǎn)生一個TCN從自己的根端口發(fā)送給SW1，也就是根交換機，根交換機SW1收到這個TCN后，使用TCA向SW2確認(rèn)。一旦根交換機知道了這一拓?fù)渥兓?，它將向外播送發(fā)送TC位被設(shè)置的BPDU，就是上圖右邊的情況，最后整個播送域都知道了這一變化。[*4*].STP負(fù)載均衡實驗實驗在GNS3中完成。在上面這張拓?fù)鋱D中，SW1的fa0/0連接了SW1的fa0/1，SW1的fa0/1連接了SW2的fa0/0，這兩條鏈路被配置成主干，將SW1設(shè)置成VTPServer,SW2設(shè)置成VTPClient,在SW1上新建VLAN2,讓SW1成為VLAN1的根交換機，SW2成為VLAN2的根交換機，這樣根據(jù)前面的表達，在VLAN1生成樹實例中SW2的fa0/0接口將被阻塞，VLAN1的流量將全部從上面那條線路經(jīng)過，而在VLAN2生成樹實例中SW1的fa0/0將被阻塞，VLAN2的流量將全部從下面這條線路走。1/*首先將SW1和SW2相連的兩條線路配置成主干*/2SW1(config)#intfa0/03SW1(config-if)#swimodtrunk4SW1(config-if)#intfa0/15SW1(config-if)#swimodtrunk6

7SW2(config)#intfa0/08SW2(config-if)#swimodtrunk9SW2(config-if)#intfa0/110SW2(config-if)#swimodtrunk11

12/*將SW2配置成VTPServer*/13SW1#vlandatabase14SW1(vlan)#vtpdomainccna15ChangingVTPdomainnamefromNULLtoccna16SW1(vlan)#vtppasswordccna17SettingdeviceVLANdatabasepasswordtoccna.18SW1(vlan)#vtpserver19DevicemodealreadyVTPSERVER.20SW1(vlan)#vlan2

/*新建了一個VLAN2*/21VLAN2added:22

Name:VLAN000223SW1(vlan)#exit24APPLYcompleted.25Exiting....26SW1#27

28/*將SW2配置成VTPClient*/29SW2#vlandatabase30SW2(vlan)#vtpdomainccna31Domainnamealreadysettoccna.32SW2(vlan)#vtppasswordccna33SettingdeviceVLANdatabasepasswordtoccna.34SW2(vlan)#vtpclient35SettingdevicetoVTPCLIENTmode.36SW2(vlan)#exit37InCLIENTstate,noapplyattempted.38Exiting....39SW2#40

41/*將SW1配置成VLAN1的根交換機*/42SW1(config)#spanning-treevlan1rootprimary43%ThisswitchisalreadytherootofVLAN1spanningtree44

VLAN1bridgeprioritysetto819245

VLAN1bridgemaxagingtimeunchangedat2046

VLAN1bridgehellotimeunchangedat247

VLAN1bridgeforwarddelayunchangedat1548SW1(config)#49

50/*將SW2配置成VLAN2的根交換機*/51SW2(config)#spanning-treevlan2rootprimary52

VLAN2bridgeprioritysetto819253

VLAN2bridgemaxagingtimeunchangedat2054

VL