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網(wǎng)絡(luò)09C1、網(wǎng)絡(luò)09D1授課時數(shù)2教學(xué)目標(biāo)教學(xué)重點教學(xué)難點學(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（也成透明網(wǎng)橋）轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀的操作：交換機在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀時，盡管它能夠按照MAC地址表進行正確的轉(zhuǎn)發(fā)，但它沒有記錄任何關(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），交換機再次接收到該數(shù)據(jù)幀時，它仍然毫無記錄的將數(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文時，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上圖是一個存在環(huán)路的局域網(wǎng)絡(luò)，假設(shè)B1、B2和B3都還沒有學(xué)習(xí)到A的MAC地址，因為A還沒有發(fā)送過任何數(shù)據(jù)。當(dāng)A發(fā)送了一個數(shù)據(jù)幀，最初三個網(wǎng)橋都接收了這個數(shù)據(jù)幀，記錄A的地址在LAN1上，并排隊等待將這個數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到LAN2上。其中的一個網(wǎng)橋?qū)⑹紫瘸晒Φ陌l(fā)送數(shù)據(jù)幀到LAN2上，假設(shè)這個網(wǎng)橋是B1，那么B2和B3將再次收到這個數(shù)據(jù)幀，因為B1對B2和B3來說是透明的。這個數(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，排隊等待將這個新接收到的數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到LAN1上，假設(shè)這時B2成功將最初的數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到LAN2上，那么B1和B3都接收到這個數(shù)據(jù)幀，并排隊等待轉(zhuǎn)發(fā)這個數(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)都會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)兩個新的數(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，就不會有上述問題存在。然而，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜時，要保證網(wǎng)絡(luò)沒有任何環(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)實的。IEEE提出了一個很好的解決辦法，那就是802.1D協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的STP（Spanning Tree Protocol），它是生成樹協(xié)議的英文縮寫。該協(xié)議可應(yīng)用于環(huán)路網(wǎng)絡(luò)，通過一定的算法實現(xiàn)路徑冗余，同時將環(huán)路網(wǎng)絡(luò)修剪成無環(huán)路的樹型網(wǎng)絡(luò)，從而避免報文在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中的增生和無限循環(huán)。STP的全稱是spanning-tree protocol，STP協(xié)議是一個二層的鏈路管理協(xié)議，它在提供鏈路冗余的同時防止網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生環(huán)路，與VLAN配合可以提供鏈路負(fù)載均衡。生成樹協(xié)議現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展為多生成樹協(xié)議和快速生成樹協(xié)議。三、STP原理STP 通過以下方式來防止交換環(huán)路： 強制特定接口進入待命或阻塞狀態(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，通過啟用適當(dāng)?shù)拇窂絹碇匦屡渲镁W(wǎng)絡(luò)1、STP基本原理STP的基本原理是，通過在交換機之間傳遞一種特殊的協(xié)議報文BPDU（在IEEE 802.1D中這種協(xié)議報文被稱為“配置消息”）來確定網(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保證交換機完成生成樹計算。配置消息中主要包括以下內(nèi)容： (1) 根網(wǎng)橋的ID（RootID）：由樹根的優(yōu)先級和MAC地址組合而成； (2) 到根網(wǎng)橋的最小路徑開銷（RootPathCost）：最短路徑上所有鏈路開銷的代數(shù)和； (3) 指定網(wǎng)橋的ID（TransmittingBridgeID）：由指定交換機的優(yōu)先級和MAC地址組合而成； (4) 指定端口的ID（TransmittingPortID）：由指定端口的優(yōu)先級和端口編號組成；對一臺交換機而言，指定網(wǎng)橋就是與本機直接相連并且負(fù)責(zé)向本機轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的交換機，指定端口就是指定網(wǎng)橋向本機轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的端口；對于一個局域網(wǎng)而言，指定網(wǎng)橋就是負(fù)責(zé)向這個網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的交換機，指定端口就是指定網(wǎng)橋向這個網(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行優(yōu)先級比較，保留優(yōu)先級較高的配置消息，并據(jù)此來完成生成樹的計算。配置消息的處理：當(dāng)網(wǎng)橋接收到來至鄰居的配置消息后，需要比較他們的優(yōu)先級，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)先級呢？下面來討論網(wǎng)橋如何比較配置消息的優(yōu)先級，如何形成自己的配置消息的優(yōu)先級。網(wǎng)橋采取如下原則進行配置消息優(yōu)先級的比較，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與根端口的端口開銷之和。l 確定網(wǎng)橋的TransmittingPortID：TransmittingPortID就是自己2、交換機端口狀態(tài)打開交換機電源時，交換機的每個端口都會經(jīng)過四種狀態(tài)：阻塞、偵聽、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)閉該交換機端口。當(dāng)交換機經(jīng)過這些狀態(tài)時，交換機上的 LED 會從閃爍橙色變成穩(wěn)定的綠色。端口經(jīng)過所有這些狀態(tài)進入轉(zhuǎn)發(fā)就緒狀態(tài)大約需要 50 秒。交換機打開時，首先進入阻塞狀態(tài)，以便第一時間阻止環(huán)路的形成。然后更改到偵聽模式，接收來自鄰居交換機的 BPDU。處理完這一信息后，交換機便能確定哪些端口可以轉(zhuǎn)發(fā)幀且不會產(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，然后進入轉(zhuǎn)發(fā)模式。接入端口不會在交換網(wǎng)絡(luò)中造成環(huán)路，而且在連接有主機時此類端口會始終進入轉(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配置實例圖1：拓?fù)鋱D兩臺Cisco 2960交換機使用兩個千兆端口相連，默認(rèn)情況下STP協(xié)議啟用的。通過兩臺交換機之間傳送BPDU協(xié)議數(shù)據(jù)單元，選出根交換機、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)先級值交換機端口優(yōu)先級值修改命令,通過修改端口優(yōu)先值也可以更改端口的轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。2、查看、檢驗STP（生成樹協(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