交换机生成树协议配置

Posted 2020-08-15

交换机生成树协议配置

一、实验目的

理解生成树STP及快速生成树RSTP的工作原理，掌握如何在交换机上配置快速生成树协议。

二、实验原理

各公司都在寻找1天24小时，1周7天都能正常运行的计算机网络。达到100%正常运行是几乎不可能的，但是99.999%（即5个9）的可靠性则是一些组织设定的目标。这意味着每30年才有1天的故障时间，平均4000天才有1小时的故障时间，平均每年只有5.25分钟的故障时间。达到99.999%的可靠性的目标需要极端可靠的网络。网络的可靠性来源于可靠的设备和可以容忍故障和错误的网络设计。容错性通过冗余来实现。

两台交换机以双链路互连可以提供链路的冗余备份功能，但带来了网络环路问题，此问题将导致网络中出现“广播风暴”，影响交换机的正常工作。使用生成树协议可以避免环路的产生，同时提供链路的冗余备份功能。

生成树协议最主要的应用是为了避免局域网中的网络环回，解决成环以太网网络的“广播风暴”问题，从某种意义上说是一种网络保护技术，可以消除由于失误或者意外带来的循环连接。STP也提供了为网络提供备份连接的可能。

STP（Spanning Tree Protocol ）是生成树协议的英文缩写。生成树的主要目的是选举一个根交换机（根桥），对网络中所有的桥都构造一个无环的路径指向根桥。当生成树收敛完成后，网络中的每一个桥对于它的桥接端口都会是两种状态之一：转发或者是阻塞。STP通过在交换机之间传递一种特殊的协议报文（BPDU）来确定网络的拓扑结构。BPDU中包含了足够的信息来保证交换机完成生成树计算。

STP协议由IEEE802.1D定义，RSTP由IEEE802.1W定义。

IEEE802.1D使用两种类型的BPDU:

一个配置BPDU，主要用于初始STP配置，一个拓扑变化通知（TCN）BPDU，主要用于拓扑变化。

BPDU传输时使用的是一个分配给“所有的桥”的保留的组播地址。BPDU从所有的桥接的局域网端口中发送出去，并且被局域网中所有的桥接收。BPDU不会被路由器转发出局域网。

STP所有功能都是通过交换机或网桥之间周期性地发送BPDU桥接协议数据单元来实现的。BPDU报文每2秒发送一次，目的MAC是组播地址：0x01-80-C2-00-00-00.该报文携带了生成树计算所需信息：根网桥ID、根路径成本、发送网桥ID、发送端口ID、老化时间等等。

三、实验设备

Ruijie S2628G-E / S3760E-24（2台）、计算机

四、实验内容与步骤

具体的操作步骤如下：

步骤1：生成树启用前测试

搭建本实验拓扑如图，在PC上禁用网卡1，启用网卡2并设置同一网段IP地址，在两台PC上使用ping命令测试与对方的连通性，此时因为没有启用生成树协议，ping不通。观察两台交换机上的f0/1与f0/2端口绿灯闪烁，此时这两个端口正在转发数据包。

步骤2：在两台交换机上启用生成树协议

S3(config)#spanning-tree             // Enable spanning-tree. 不可缺少

S3(config)#spanning-tree mode rstp     // 生成树模式

S3#sh spanning-tree

--------------------------------------------------------

S4(config)#spanning-tree             // Enable spanning-tree. 不可缺少

S4(config)#spanning-tree mode rstp     // 生成树模式

        S4#sh spanning-tree

生成树的启用非常简单，快速生成树启用后，有提示“Topology Change”指示拓扑发生变化。此时，两台PC上使用ping命令测试与对方的连通性，结果正常ping通。

步骤3：观察交换机上的生成树协议

在两台交换机上使用sh spanning-tree指令后比较查看结果。

S3：

S4：

S3的网桥地址为001a.a979.ba86，网桥优先级为32768（0x8000）

S4的网桥地址为001a.a979.babe， 网桥优先级为32768（0x8000）

在一个广播域中，BID（Bridge ID）最小的为根网桥。BID由两部分组成，共8字节。

 

S3与S4的网桥优先级相同，而S3的网桥地址比S4小，因此，S3为根网桥。S3上到根网桥的最低路径成本（RootCost）为0，S4上到根网桥的最低路径成本（RootCost）为200,000。缺省情况下，当交换机路径耗费值的版本号为stp8021t2001，10M口的路径费用为2,000,000，100M口的路径费用为200,000，1000M口的路径费用为20,000；当交换机路径耗费值的版本号为stp8021d1998，10M口的路径费用为100，100M口的路径费用为19，1000M口的路径费用为4。对于连接主机的端口，端口的路径费用没有意义，不会用于任何计算中。

使用下面命令查看端口状态

S3：

S4：

S3：

S4：

可以发现S3上的f0/1端口与f0/2端口都为指定端口（designatedPort）

S4上的f0/1端口为根端口（rootPort），f0/2端口为替换端口（alternatePort）

根网桥上的所有端口都是指定端口，指定端口最终会置为转发状态；每一个非根网桥上只能选举出一个根端口，根端口是非根网桥到达根网桥的端口中费用最底的那个端口，最终会被置为转发状态。替换端口将被置为阻塞状态，当本网桥上的根端口故障时转变为转发状态。

在非根网桥上选举根端口遵循下面的决策过程：

a. 到根网桥的路径成本最低。（例如两个100M端口聚合后到根交换机的路径为190000，会优先成为根端口，可以在接口模式下使用spa cost 20000更改路径成本值）

b. 端口ID

端口ID由一个字节的端口优先级和1个字节的端口号组成。端口优先级默认值为128（0x80），端口编号按照交换机上的顺序排列。端口优先级值越小端口ID越高，端口优先级相等时，端口编号（根网桥上的）越小，优先级越高，注意端口编号为根网桥上的。

此时S4交换机的f0/2端口为替换端口，f0/1端口为根端口。将S4交换机上f0/1端口的网线换到f0/3端口上，发现f0/3端口为根端口（rootPort），f0/2端口仍然为替换端口（alternatePort）。还原f0/3端口的网线到f0/1端口。

将S3交换机上f0/1端口的网线换到f0/3端口上，发现S4交换机上f0/1端口为替换端口（alternatePort），f0/2端口为根端口（rootPort）。还原S3交换机上f0/3端口的网线到f0/1端口。

调整端口优先级可以改变端口ID的值。端口默认优先级为128。

在S3 交换机上f0/2端口上执行下列命令，port-priority越小，端口优先级越高。

在S4上查看f0/2端口，发现f0/2端口为根端口。

修改计算路径成本的方法为短整型

比较发现前后两次端口查看结果

调整网桥优先级，从而改变BID值，使S4变为根网桥

                S4(config)#spanning-tree priority 4096

降低S4交换机的优先级值，提高它的BID，此时S4为根网桥。

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