交換與路由技術(shù)課件 第4章 冗余網(wǎng)絡(luò)

第4章冗余網(wǎng)絡(luò)01生成樹協(xié)議02快速生成樹協(xié)議03以太網(wǎng)鏈路聚合CONTENT目錄04項目實驗生成樹協(xié)議01規(guī)模比較大的交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，為了避免單點(diǎn)故障（設(shè)備故障導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中斷），通常采用雙匯聚和雙核心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，對網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵部位進(jìn)行鏈路冗余，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，但是，這樣網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)了物理環(huán)路的問題，會產(chǎn)生廣播風(fēng)暴和MAC地址表震蕩，這就需要在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上配置生成樹協(xié)議。匯聚交換機(jī)接入交換機(jī)PC終端圖4-1單鏈路網(wǎng)絡(luò)匯聚交換機(jī)2匯聚交換機(jī)1接入交換機(jī)PC終端圖4-2增加冗余鏈路的網(wǎng)絡(luò)知識引入1.1生成樹協(xié)議簡介

生成樹協(xié)議（SpanningTreeProtocol，STP）是一個用于在局域網(wǎng)中消除環(huán)路的協(xié)議，在IEEE802.1d文檔中定義了STP相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。STP協(xié)議能在以太網(wǎng)中創(chuàng)建一個無環(huán)路的邏輯拓?fù)?。匯聚交換機(jī)2匯聚交換機(jī)1接入交換機(jī)PC終端圖4-3啟用STP的網(wǎng)絡(luò)1.2生成樹的工作原理STP協(xié)議通過以下4個步驟來實現(xiàn)：

在交換網(wǎng)絡(luò)中選舉一個根橋。在每臺非根橋上選舉一個根端口。在每條鏈路上選舉一個指定端口。阻塞備用端口，形成一個無環(huán)網(wǎng)絡(luò)。圖4-4網(wǎng)橋標(biāo)識符（BID）的構(gòu)成生成樹端口的五種狀態(tài)端口狀態(tài)說明禁用（Disabled）禁用狀態(tài)的端口不接收BPDU,不發(fā)送BPDU,不學(xué)習(xí)MAC地址表，不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，端口關(guān)閉。阻塞（Blocking）阻塞狀態(tài)的端口接收并處理BPDU,不發(fā)送BPDU,不學(xué)習(xí)MAC地址表，不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。偵聽（Listening）偵聽狀態(tài)的端口接收和發(fā)送BPDU,不學(xué)習(xí)MAC地址表，不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。學(xué)習(xí)（Learning）學(xué)習(xí)狀態(tài)的端口可以接收并發(fā)送BPDU，也可以進(jìn)行MAC地址學(xué)習(xí)，但不能轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)（Forwarding）轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)的端口可以接收并發(fā)送BPDU，也可以進(jìn)行MAC地址學(xué)習(xí)，同時能夠轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀表4.1STP端口的五種狀態(tài)生成樹端口的3種端口角色端口角色發(fā)送BPDU接收BPDU發(fā)送數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)根端口是是是是指定端口是是是是備用端口否是否否表4.2STP的3種端口角色網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元（BridgeProtocolDataUnit，BPDU）是STP能夠正常工作的根本。BPDU是STP的協(xié)議報文。運(yùn)行STP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中，交換機(jī)之間會交互BPDU報文，這些BPDU報文攜帶著BID、路徑開銷和端口ID等重要信息，正是基于這些信息，STP才能夠順利工作。BPDU分為兩種類型：配置BPDU（ConfigurationBPDU）、TCNBPDU（TopologyChangeNotificationBPDU）。華為交換機(jī)STP配置(1)配置生成樹工作模式[Huawei]stpmodestp/*配置生成樹協(xié)議工作在STP模式。配置交換機(jī)為根橋[Huawei]stprootprimary/*配置當(dāng)前交換機(jī)為根橋。配置交換機(jī)為備份根橋[Huawei]stprootsecondary/*配置當(dāng)前交換機(jī)為備份根橋。配置交換機(jī)的STP優(yōu)先級[Huawei]stpprioritypriority/*缺省情況下，交換機(jī)的優(yōu)先級取值是32768。配置端口路徑開銷[Huawei]stppathcost-standard{dot1d-1998|dot1t|legacy}/*配置端口路徑開銷計算方法。[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]stpcostcost/*設(shè)置當(dāng)前端口的路徑開銷值。華為交換機(jī)STP配置(2)配置端口優(yōu)先級[Huawei-intf]stpprioritypriority/*配置端口的優(yōu)先級，缺省情況下，交換機(jī)端口的優(yōu)先級取值是128。啟用STP[Huawei]stpenable/*啟用交換機(jī)的STP/RSTP/MSTP功能。缺省情況下，設(shè)備的STP功能處于啟用狀態(tài)。查看交換機(jī)的STP狀態(tài)[Huawei]displaystp查看交換機(jī)的STP端口角色[Huawei]displaystpbrief查看交換機(jī)某個端口的詳細(xì)信息[Huawei]displaystpinterfaceGigabitEthernet0/0/0快速生成樹協(xié)議02生成樹的演變STP：1990年，IEEE提出了802.1d標(biāo)準(zhǔn)，這是一種通用的生成樹協(xié)議。RSTP：快速生成樹（RSTP）是IEEE802.1w提出的一種協(xié)議，它比STP具有更快的收斂速度。MSTP：是將多個擁有同樣數(shù)據(jù)流量需求的VLAN映射進(jìn)同一個生成樹實例中的協(xié)議。IEEE于2002年發(fā)布的802.1s標(biāo)準(zhǔn)定義了MSTPRSTP快速生成樹協(xié)議（rapidspanningTreeProtocol，RSTP）是一個用于在局域網(wǎng)中消除環(huán)路的協(xié)議。RSTP由STP改進(jìn)而來，是在IEEE802.1w提出的一種協(xié)議。RSTP完全向下兼容STP協(xié)議，除了有創(chuàng)建無環(huán)路的邏輯拓?fù)涞墓δ芡猓琑STP還具有拓?fù)涫諗克俣瓤斓奶攸c(diǎn)。RSTP的端口角色相比STP，RSTP的端口角色增加到了4種，分別是根端口、指定端口、Alternate端口（也叫替代端口）和Backup端口（也叫備份端口）。交換機(jī)2優(yōu)先級32768交換機(jī)1優(yōu)先級0交換機(jī)3優(yōu)先級32768G0/0/2根端口替代端口圖4-9RSTP新增端口角色RSTP的端口狀態(tài)相比STP的5種端口狀態(tài)，RSTP把端口狀態(tài)調(diào)整為3種。STP端口狀態(tài)RSTP端口狀態(tài)端口在拓?fù)渲械慕巧D(zhuǎn)發(fā)（

Forwarding）轉(zhuǎn)發(fā)（

Forwarding）包括根端口、指定端口學(xué)習(xí)（Learning）學(xué)習(xí)（

Learning）包括根端口、指定端口監(jiān)聽（Listening）禁用（

Discarding）包括根端口、指定端口阻塞（Blocking）包括Alternate端口、Backup端口禁用（Disabled）包括Disable端口表4.3RSTP與STP相的端口狀態(tài)對比RSTP的快速收斂相比STP，RSTP還有快速收斂的機(jī)制，RSTP快速收斂包含下面三個方面：（1）Proposal/Agreement機(jī)制。（2）根端口快速切換機(jī)制。（3）引入邊緣端口。交換機(jī)2交換機(jī)1交換機(jī)3邊緣端口PC終端圖4-10邊緣端口RSTP提供的保護(hù)功能1．BPDU保護(hù)2．根保護(hù)3．環(huán)路保護(hù)4．防TC-BPDU攻擊華為交換機(jī)RSTP配置（1）配置生成樹工作模式[Huawei]stpmoderstp/*配置生成樹協(xié)議工作在RSTP模式。配置根橋[Huawei]stprootprimary/*配置當(dāng)前設(shè)備為根橋。缺省情況下，交換機(jī)不作為任何生成樹的根橋。配置后該設(shè)備優(yōu)先級數(shù)值自動為0。備份根橋[Huawei]stprootsecondary/*配置當(dāng)前交換機(jī)為備份根橋。缺省情況下，交換機(jī)不作為任何生成樹的備份根橋。配置后該設(shè)備優(yōu)先級數(shù)值為4096。配置交換機(jī)的STP優(yōu)先級[Huawei]stpprioritypriority/*缺省情況下，交換機(jī)的優(yōu)先級取值是32768。

華為交換機(jī)RSTP配置（2）

配置接口路徑開銷[Huawei]stppathcost-standard{dot1d-1998|dot1t|legacy}/*配置接口路徑開銷計算方法。缺省情況下，路徑開銷值的計算方法為IEEE802.1t（dot1t）標(biāo)準(zhǔn)方法。同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有交換設(shè)備的端口路徑開銷應(yīng)使用相同的計算方法。啟用RSTP[Huawei]stpenable配置端口為邊緣端口并使能端口的BPDU報文過濾功能。[Huawei]interfacegigabitethernet0/0/2[Huawei-GigabitEthernet0/0/2]stpedged-portenable[Huawei-GigabitEthernet0/0/2]stpbpdu-filterenable華為交換機(jī)RSTP配置（3）配置根BUPDU保護(hù)[Huawei]stpbpdu-protection在端口上配置根保護(hù)功能[Huawei]interfacegigabitethernet0/0/1[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]stproot-protection[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]quit配置環(huán)路保護(hù)[Huawei]interfacegigabitethernet1/0/0[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]stploop-protection配置防TC-BPDU攻擊[Huawei]stptc-protection以太網(wǎng)鏈路聚合03鏈路聚合的概念以太網(wǎng)鏈路聚合（Eth-Trunk）簡稱鏈路聚合，指將多個物理端口匯聚在一起，形成一個邏輯端口，以實現(xiàn)進(jìn)出流量在各成員端口的負(fù)荷分擔(dān)。當(dāng)邏輯端口其中一個成員端口的鏈路發(fā)生故障時，就會終止該端口的工作，并根據(jù)負(fù)荷分擔(dān)策略在剩下的鏈路中重新計算報文的發(fā)送端口，故障端口恢復(fù)后再次擔(dān)任收發(fā)端口。鏈路聚合在增加鏈路帶寬和提高鏈路可靠性等方面是一項很重要的技術(shù)。Eth-Trunk圖4-13鏈路聚合鏈路聚合的特點(diǎn)1．增加帶寬2．提高可靠性3．負(fù)載分擔(dān)4．可動態(tài)配置圖4-11鏈路聚合應(yīng)用場景1手工模式鏈路聚合手工模式鏈路聚合是一種最基本的鏈路聚合方式，在手工鏈路聚合模式下，由手工來配置Eth-Trunk的建立，成員接口的加入和確定活動接口也是手工配置，雙方系統(tǒng)之間不使用LACP進(jìn)行協(xié)商。該模式下所有活動接口都參與數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，分擔(dān)負(fù)載流量，如果某條活動鏈路故障，鏈路聚合組自動在剩余的活動鏈路中平均分擔(dān)流量。當(dāng)需要在兩個直連設(shè)備之間提供一個較大的鏈路帶寬而設(shè)備又不支持LACP協(xié)議時，可以使用手工模式。手工模式可以實現(xiàn)增加帶寬、提高可靠性和負(fù)載分擔(dān)的目的。設(shè)備1設(shè)備2圖4-14手工模式鏈路聚合LACP模式鏈路聚合LACP（LinkAggregationControlProtocol）基于IEEE802.3ad標(biāo)準(zhǔn)。LACP通過鏈路聚合控制協(xié)議數(shù)據(jù)單元LACPDU（LinkAggregationControlProtocolDataUnit）與對端交互信息。啟用LACP協(xié)議的兩臺直連設(shè)備上，不需要創(chuàng)建Eth-Trunk接口，也不需要指定哪些接口作為聚合組成員接口，兩臺設(shè)備會通過LACP協(xié)商自動完成鏈路的聚合操作。設(shè)備1設(shè)備2圖4-15

LACP模式鏈路聚合鏈路聚合配置命令創(chuàng)建鏈路聚合組[Huawei]interfaceeth-trunktrunk-id

/*創(chuàng)建Eth-Trunk接口，并進(jìn)入Eth-Trunk接口視圖。配置鏈路聚合模式[Huawei-Eth-Trunk1]mode{lacp|manualload-balance}

/*Modelacp配置鏈路聚合模式為lacp模式，modemanualload-balance配置鏈路聚合模式為手工模式。配置時需要保持兩端鏈路聚合模式一致。將接口加入鏈路聚合組中[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]eth-trunktrunk-id

或者

[Huawei-Eth-Trunk1]trunkportinterface-type{interface-number}配置系統(tǒng)LACP優(yōu)先級[Huawei]lacpprioritypriority

/*缺省情況下，系統(tǒng)LACP優(yōu)先級為32768。配置接口LACP優(yōu)先級[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]lacpprioritypriority

/*缺省情況下，接口的LACP優(yōu)先級是32768。取值越小，優(yōu)先級越高。項目實驗04項目實驗六生成樹配置（1）項目背景。某企業(yè)公司的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計采用兩層模型結(jié)構(gòu)，核心層使用了兩臺高性能華為交換機(jī)，兩臺接入層交換機(jī)與兩臺核心層交換機(jī)互聯(lián)，為了提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D4-16所示，你作為公司的網(wǎng)絡(luò)工程師，需配置交換機(jī)的STP功能，解決網(wǎng)絡(luò)環(huán)路問題，如何完成該項任務(wù)？（2）邏輯拓?fù)淙鐖D4-16所示。（3）IP地址分配表，如表4.4所示。設(shè)備接口IP地址子網(wǎng)掩碼RaF0/0172.16.1.1255.255.255.0S1/0222.102.192.1255.255.255.0RbS1/0222.102.192.2255.255.255.0F0/0172.16.3.1255.255.255.0表4.4

地址分配表（4）任務(wù)內(nèi)容第1部分：配置交換機(jī)的STP模式。第2部分：配置根橋和備份根橋設(shè)備。第3部分：配置端口的路徑開銷值。第4部分：配置啟用STP，實現(xiàn)破除環(huán)路。第5部分：實驗結(jié)果驗證。（5）所需資源華為交換機(jī)（4臺），網(wǎng)線（若干），PC（2臺）。項目實施參考教材項目實驗七手工模式鏈路聚合配置（1）項目背景。某公司使用華為交換機(jī)組建了公司的局域網(wǎng)，研發(fā)部和生產(chǎn)部的終端連接在兩臺交換機(jī)SW1和SW2上，為提高交換機(jī)間互聯(lián)帶寬，你作為公司的網(wǎng)絡(luò)工程師，要在兩臺交換機(jī)間配置鏈路聚合，將交換機(jī)的G0/0/1和G0/0/2兩條千兆鏈路進(jìn)行手工模式鏈路聚合，提高公司網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量和可靠性，你如何完成該項任務(wù)。（2）邏輯拓?fù)淙鐖D4-16所示。（3）IP地址分配表，如表4.4所示。表4.4

地址分配表設(shè)備接口接口類型vlanSW1G0/0/1Eth-Trunk1Vlan10vlan20G0/0/2G0/0/3TrunkVlan10G0/0/4Trunkvlan20SW2G0/0/1Eth-Trunk1Vlan10vlan20G0/0/2G0/0/3TrunkVlan10G0/0/4Trunkvlan20（4）任務(wù)內(nèi)容第1部分：在交換機(jī)上創(chuàng)建Eth-Trunk接口并加入成員接口。第2部分：在交換機(jī)上創(chuàng)建VLAN并將接口加入VLAN。第3部分：配置Eth