交換環(huán)路解決方案

教師備課紙?zhí)K州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院Suzhou Institute Of Industrial Technology第 頁(yè)教師備課紙?zhí)K州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院Suzhou Institute Of Industrial Technology課題交換環(huán)路解決方案課型講練授課班級(jí)網(wǎng)絡(luò)09C1、網(wǎng)絡(luò)09D1授課時(shí)數(shù)2教學(xué)目標(biāo)教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)學(xué)情分析教學(xué)效果教 后 記交換環(huán)路解決方案（STP）一、交換環(huán)路產(chǎn)生原因先回想一下交換機(jī)（也成透明網(wǎng)橋）轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀的操作：交換機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀時(shí)，盡管它能夠按照MAC地址表進(jìn)行正確的轉(zhuǎn)發(fā)，但它沒(méi)有記錄任何關(guān)于該數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)記錄。所以由于某種原因（如網(wǎng)路環(huán)路），交換機(jī)再次接收到該數(shù)據(jù)幀時(shí)，它仍然毫無(wú)記錄的將數(shù)據(jù)幀按照MAC地址表轉(zhuǎn)發(fā)到指定端口。特別是在遇到廣播報(bào)文時(shí)，更容易在存在環(huán)路的網(wǎng)路形成風(fēng)暴。以下圖所示拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)為例。ALAN1LAN2B1B2B3上圖是一個(gè)存在環(huán)路的局域網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)B1、B2和B3都還沒(méi)有學(xué)習(xí)到A的MAC地址，因?yàn)锳還沒(méi)有發(fā)送過(guò)任何數(shù)據(jù)。當(dāng)A發(fā)送了一個(gè)數(shù)據(jù)幀，最初三個(gè)網(wǎng)橋都接收了這個(gè)數(shù)據(jù)幀，記錄A的地址在LAN1上，并排隊(duì)等待將這個(gè)數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到LAN2上。其中的一個(gè)網(wǎng)橋?qū)⑹紫瘸晒Φ陌l(fā)送數(shù)據(jù)幀到LAN2上，假設(shè)這個(gè)網(wǎng)橋是B1，那么B2和B3將再次收到這個(gè)數(shù)據(jù)幀，因?yàn)锽1對(duì)B2和B3來(lái)說(shuō)是透明的。這個(gè)數(shù)據(jù)幀就好像是A在LAN2上發(fā)送的一樣。于是B2和B3記錄A在LAN2上，排隊(duì)等待將這個(gè)新接收到的數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到LAN1上，假設(shè)這時(shí)B2成功將最初的數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到LAN2上，那么B1和B3都接收到這個(gè)數(shù)據(jù)幀，并排隊(duì)等待轉(zhuǎn)發(fā)這個(gè)數(shù)據(jù)幀到LAN1上。如此反復(fù)，數(shù)據(jù)幀就在環(huán)路中不斷循環(huán)，更糟糕的是每次成功的轉(zhuǎn)發(fā)都會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)兩個(gè)新的數(shù)據(jù)幀，從而形成嚴(yán)重的廣播風(fēng)暴。二、交換環(huán)路解決方案如果網(wǎng)絡(luò)不存在物力上的環(huán)路，就不會(huì)有上述問(wèn)題存在。然而，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，要保證網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有任何環(huán)路是很困難的，并且在許多可靠性要求高的網(wǎng)絡(luò)中，為了保證不間斷的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，需要采用物理環(huán)路的冗余備份。因此，保證網(wǎng)絡(luò)不存在環(huán)路是不現(xiàn)實(shí)的。IEEE提出了一個(gè)很好的解決辦法，那就是802.1D協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的STP（Spanning Tree Protocol），它是生成樹(shù)協(xié)議的英文縮寫(xiě)。該協(xié)議可應(yīng)用于環(huán)路網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)一定的算法實(shí)現(xiàn)路徑冗余，同時(shí)將環(huán)路網(wǎng)絡(luò)修剪成無(wú)環(huán)路的樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)，從而避免報(bào)文在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中的增生和無(wú)限循環(huán)。STP的全稱是spanning-tree protocol，STP協(xié)議是一個(gè)二層的鏈路管理協(xié)議，它在提供鏈路冗余的同時(shí)防止網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生環(huán)路，與VLAN配合可以提供鏈路負(fù)載均衡。生成樹(shù)協(xié)議現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展為多生成樹(shù)協(xié)議和快速生成樹(shù)協(xié)議。三、STP原理STP 通過(guò)以下方式來(lái)防止交換環(huán)路： 強(qiáng)制特定接口進(jìn)入待命或阻塞狀態(tài) 保留其它接口處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài) 在現(xiàn)有轉(zhuǎn)發(fā)路徑失效時(shí)，通過(guò)啟用適當(dāng)?shù)拇窂絹?lái)重新配置網(wǎng)絡(luò)1、STP基本原理STP的基本原理是，通過(guò)在交換機(jī)之間傳遞一種特殊的協(xié)議報(bào)文BPDU（在IEEE 802.1D中這種協(xié)議報(bào)文被稱為“配置消息”）來(lái)確定網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。配置消息中包含了足夠的信息來(lái)保證交換機(jī)完成生成樹(shù)計(jì)算。配置消息中主要包括以下內(nèi)容： (1) 根網(wǎng)橋的ID（RootID）：由樹(shù)根的優(yōu)先級(jí)和MAC地址組合而成； (2) 到根網(wǎng)橋的最小路徑開(kāi)銷（RootPathCost）：最短路徑上所有鏈路開(kāi)銷的代數(shù)和； (3) 指定網(wǎng)橋的ID（TransmittingBridgeID）：由指定交換機(jī)的優(yōu)先級(jí)和MAC地址組合而成； (4) 指定端口的ID（TransmittingPortID）：由指定端口的優(yōu)先級(jí)和端口編號(hào)組成；對(duì)一臺(tái)交換機(jī)而言，指定網(wǎng)橋就是與本機(jī)直接相連并且負(fù)責(zé)向本機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的交換機(jī)，指定端口就是指定網(wǎng)橋向本機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的端口；對(duì)于一個(gè)局域網(wǎng)而言，指定網(wǎng)橋就是負(fù)責(zé)向這個(gè)網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的交換機(jī)，指定端口就是指定網(wǎng)橋向這個(gè)網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的端口。最初，所有網(wǎng)橋都發(fā)送以自己為根網(wǎng)橋的配置消息，即（RootID，RootPathCost，TransmittingBridgeID，TransmittingPortID）。網(wǎng)橋?qū)⑹盏降呐渲孟⒑妥约旱呐渲孟⑦M(jìn)行優(yōu)先級(jí)比較，保留優(yōu)先級(jí)較高的配置消息，并據(jù)此來(lái)完成生成樹(shù)的計(jì)算。配置消息的處理：當(dāng)網(wǎng)橋接收到來(lái)至鄰居的配置消息后，需要比較他們的優(yōu)先級(jí)，然后更新自己的配置消息在發(fā)送出去。那么如何確定配置消息的優(yōu)先級(jí)呢？下面來(lái)討論網(wǎng)橋如何比較配置消息的優(yōu)先級(jí)，如何形成自己的配置消息的優(yōu)先級(jí)。網(wǎng)橋采取如下原則進(jìn)行配置消息優(yōu)先級(jí)的比較，從而確定最優(yōu)配置消息：l 確定RootID：取最優(yōu)配置消息的RootID做為新的配置消息的RootID；l 確定網(wǎng)橋的根端口：如果自己是根網(wǎng)橋，則根端口是0，否則比較端口的RootPathCost，端口的RootPathCost=配置消息中的RootPathCost+接受該配置消息的端口開(kāi)銷，RootPathCost值小的端口為根端口。l 確定網(wǎng)橋的RootPathCost，如果自己是根網(wǎng)橋，則RootPathCost為0，否則為最優(yōu)配置消息的RootPathCost與根端口的端口開(kāi)銷之和。l 確定網(wǎng)橋的TransmittingPortID：TransmittingPortID就是自己2、交換機(jī)端口狀態(tài)打開(kāi)交換機(jī)電源時(shí)，交換機(jī)的每個(gè)端口都會(huì)經(jīng)過(guò)四種狀態(tài)：阻塞、偵聽(tīng)、學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)。第 5 種狀態(tài)“禁用”則表示管理員已關(guān)閉該交換機(jī)端口。當(dāng)交換機(jī)經(jīng)過(guò)這些狀態(tài)時(shí)，交換機(jī)上的 LED 會(huì)從閃爍橙色變成穩(wěn)定的綠色。端口經(jīng)過(guò)所有這些狀態(tài)進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)就緒狀態(tài)大約需要 50 秒。交換機(jī)打開(kāi)時(shí)，首先進(jìn)入阻塞狀態(tài)，以便第一時(shí)間阻止環(huán)路的形成。然后更改到偵聽(tīng)模式，接收來(lái)自鄰居交換機(jī)的 BPDU。處理完這一信息后，交換機(jī)便能確定哪些端口可以轉(zhuǎn)發(fā)幀且不會(huì)產(chǎn)生環(huán)路?？梢赞D(zhuǎn)發(fā)幀的端口將更改到學(xué)習(xí)模式，然后進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)模式。接入端口不會(huì)在交換網(wǎng)絡(luò)中造成環(huán)路，而且在連接有主機(jī)時(shí)此類端口會(huì)始終進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。中繼端口有可能造成網(wǎng)絡(luò)環(huán)路，可轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)或阻塞狀態(tài)。四、STP配置實(shí)例圖1：拓?fù)鋱D兩臺(tái)Cisco 2960交換機(jī)使用兩個(gè)千兆端口相連，默認(rèn)情況下STP協(xié)議啟用的。通過(guò)兩臺(tái)交換機(jī)之間傳送BPDU協(xié)議數(shù)據(jù)單元，選出根交換機(jī)、根端口等，以便確定端口的轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。上圖中標(biāo)記為黃色的端口處于block狀態(tài)。二、STP基本配置命令1、修改Brigde ID，重新選根網(wǎng)橋switch(config)#spanning-tree vlan 1 priority 4096圖2 根網(wǎng)橋改變，交換機(jī)端口的狀態(tài)也發(fā)生了變化（與圖1比較）switch(config-if)spanning-tree vlan vlan-id port-priority 優(yōu)先級(jí)值交換機(jī)端口優(yōu)先級(jí)值修改命令,通過(guò)修改端口優(yōu)先值也可以更改端口的轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。2、查看、檢驗(yàn)STP（生成樹(shù)協(xié)議）配置switch#show spanning-treeswitch#show spanning-tree activeswitch#show spanning-tree detailswitch#show spanning-tree interface fa 0/1switch#show spanning-tree vlan 1三、STP與VLAN負(fù)載均衡配置圖3配置負(fù)載均衡后，每個(gè)VLAN有自己的根網(wǎng)橋。每條vlan中繼鏈路只轉(zhuǎn)發(fā)所允許的Vlan數(shù)據(jù)幀。switch(config-if)switchport trunk allowed vlan vlanid這條命令配置