Cisco快速生成树协议RSTP协议原理及配置.docx

实验8 Cisco 快速生成树协议RSTP 协议原理及配置
一、相关知识介绍
1、生成树协议的重要功能有两个：一是在运用生成树算法、在以太网络中，创建一个以某台互换机的某个端口为根的生成树，避免环路。二是在以太网络拓扑发生变化时，通过生成树协议达成收敛保护的目的。
2、根网桥的选择流程：
（1）第一次启动互换机时，自己假定是根网桥，发出BPDU报文宣告。
（2）每个互换机分析报文，根据网桥ID选择根网桥，网桥ID小的将成为根网桥（先比较网桥优先级，假如相等，再比较MAC地址）。
（3）通过一段时间，生成树收敛，所有互换机都批准某网桥是根网桥。
（4）若有网桥ID值更小的互换机加入，它一方面通告自己为根网桥。其它互换机比较后，将它当作新的根网桥而记录下来。
3、RSTP 协议原理
STP并不是已经淘汰不用，事实上不少厂家目前还仅支持STP。STP的最大缺陷就是他的收敛时间太长，对于现在网络规定靠可靠性来说，这是不允许的，快速生成树的目的就是加快以太网环路故障收敛的速度。
（1）RSTP 5种端口类型
STP定义了4种不同的端口状态，监听（Listening），学习（Learning），阻断（Blocking）和转发 （Forwarding），其端口状态表现为在网络拓扑中端口状态混合（阻断或转发），在拓扑中的角色（根端口、指定端口等等）。在操作上看，阻断状态和 监听状态没有区别，都是丢弃数据帧并且不学习MAC地址，在转发状态下，无法知道该端口是根端口还是指定端口。RSTP有五种端口类型。根端口和指定端口这两个角色在RSTP中被保存，阻断端口提成备份和替换端口角色。生成树算法（STA）使用BPDU来决定端口的角色，端口类型也是通过比较端口中保存的BPDUB来拟定哪个比其他的更优先。
1）根端口：非根桥收到最优的BPDU配置信息的端口为根端口，即到根桥开销最小的端口，这点和STP同样。请注意图8-16上方的互换机，根桥没有根端口。按照STP的选择根端口的原则，SW-1和SW-2和根连接的端口为根端口。
2）指定端口：与STP同样，每个以太网网段段内必须有一个指定端口。假设SW-1的BID比SW-2 优先，并且SW-1的P1口端口ID比P2优先级高，那么P1为指定端口，如图8-17所示。

图8-16  RSTP根端口

图8-17  指定端口的选择

3）替换端口
假如一个端口收到此外一个网桥的更好的 BPDU，但不是最佳的，那么这个端口成为替换端口，如图8-18所示。对于SW-2来说，端口P3收到的BPDU比自己优先，自己为次优先，P3为替换端口。
4）备份端口
假如一个端口收到同一个网桥的更好 BPDU，那么这个端口成为备份端。当两个端口被一个点到点链路的一个环路连在一起时，或者当一个互换机有两个或多个到共享局域网段的连接时，一个备份端口才干存在。如图8-19所示，SW-1的P1和P2口同时接入到以太网的同一网段，P1为指定端口，P2 优先级低，则P2端口为备份端口。

图8-18  替换端口的选择

图8-19  备份端口的选择

5）禁用端口
在快速生成树协议应用的网络运营中不担当任何角色。

4 RSTP配置命令介绍
 PVST是Cisco私有的，为每个VLAN构造一棵生成树
（1） 启用生成树
Switch(config)#spanning-tree vlan vlan-list
（2）设立根网桥
Switch(config)#spanning-tree vlan vlan-list root primary | secondary（
3） 修改网桥的优先级
Switch(config)#spanning-tree vlan vlan-list priority Bridge-priority
（4） 修改端口成本
Switch(config-if)#spanning-tree vlan vlan-list cost cost
（5） 修改端口优先级
Switch(config-if)#spanning-tree vlan vlan-list port-priority priority
（6） 配置上行速链路
配置上行速链路的作用：当接入层或汇聚层的互换机主用的上行链路断开的时候，被阻塞的端口迅速装换到转发状态，不需要通过侦听和学习状态，配置了上行速链路后互换机的优先级变为49152，成本增长3000
Switch(config)#spanning-tree uplinkfast
（7） 配置端口速链路
配置速端口的作用：不通过侦听和学习状态，直接进入到转发状态，但是该端口仍然会运营生成树协议，假如检测到环路，也可以将转发状态转换为阻塞状态，配置在连接终端的接口上。
Switch(config-if)#spanning-tree portfast
（8）查看生成树的配置
Switch#show spanning-tree
（9）  查看某个VLAN的生成树具体信息
Switch#show spanning-tree vlan vlan-id detail
（10） EthernetChannel－以太通道
§         多条线路负载均衡，带宽提高
§         容错，当一条线路失效时，其他线路通信，不会丢包
 配置接口为以太通道模式
Switch(config)# interface range fastEthernet 0/1 – 2
Switch(config-if-range)#channel-group 1 mode on
（11） 查看以太通道的配置
Switch# show etherchannel 1 summary

二、实验配置环节
　 STP的全称是spanning-tree protocol,STP协议，它是一个二层的链路管理协议，它在提供链路冗余的同时防止网络产生环路，与VLAN配合可以提供链路负载均衡。生成树协议现已经发展为多生成树协议和快速生成树协议(RSTP,Rapid Spanning Tree Protocol,IEEE802.1W)。

两台Cisco 2960互换机使用两个百兆端口相连，默认情况下STP协议启用的。通过两台互换机之间传送BPDU协议数据单元，选出根互换机、根端口等，以便拟定端口的转发状态。上图中标记为黄色的端口处在block状态。
（1） SW1配置stp
设立23、24端口为trunk
interface FastEthernet0/23
switchport mode trunk
interface FastEthernet0/24
switchport mode trunk

创建vlan10、20，将端口划分vlan
interface FastEthernet0/1
switchport access vlan 10

interface FastEthernet0/2
switchport access vlan 20

互换机默认启动stp——pvst ，更改rstp——rapid-pvst
spanning-tree mode rapid-pvst
spanning-tree vlan 10,20   // stp默认情况对vlan 1起作用，不能删除，当新建vlan后，对新建vlan同样起作用。因此，此命令可以忽略。

（2）SW2配置stp
配置命令和SW1相同。

（3）比较根网桥
从上图中得知，SW1为根网桥。 在真实设备上不也许存在相同mac地址的情况。比较根网桥原则，先比较优先级，越小说明级别越高，假如优先级相同就比较mac地址，越小优先级越高。此外，还了解到SW1上fa0/23 ，fa/24为指定端口。SW2上的fa0/23为根端口。fa0/24为替代端口，故端口显示橙黄色状态。

SW1#show spanning-tree

VLAN0010
Spanning tree enabled protocol rstp
Root ID    Priority    32778
Address     0003.E441.ADB6
This bridge is the root
Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Bridge ID  Priority    32778  (priority 32768 sys-id-ext 10)
Address     0003.E441.ADB6
Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Aging Time  20
Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/1            Desg FWD 19        128.1    P2p
Fa0/23           Desg FWD 19        128.23   P2p
Fa0/24           Desg FWD 19        128.24   P2p

SW2#show spanning-tree

VLAN0010
Spanning tree enabled protocol rstp
Root ID    Priority    32778
Address     0003.E441.ADB6
Cost        19
Port        23(FastEthernet0/23)
Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Bridge ID  Priority    32778  (priority 32768 sys-id-ext 10)
Address     00D0.BC77.8743
Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Aging Time  20
Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/1            Desg FWD 19        128.1    P2p
Fa0/23           Root FWD 19        128.23   P2p
Fa0/24           Altn BLK 19        128.24   P2p

（4） 修改Brigde ID，重新选SW2为根网桥
SW2(config)#spanning-tree vlan 10,20 priority 4096
SW2#show spanning-tree

VLAN0010
Spanning tree enabled protocol rstp
Root ID    Priority    4106
Address     00D0.BC77.8743
This bridge is the root
Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Bridge ID  Priority    4106  (priority 4096 sys-id-ext 10)
Address     00D0.BC77.8743
Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Aging Time  20
Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/1            Desg FWD 19        128.1    P2p
Fa0/23           Desg FWD 19        128.23   P2p
Fa0/24           Desg FWD 19        128.24   P2p

SW1#show spanning-tree

VLAN0010
Spanning tree enabled protocol rstp
Root ID    Priority    4106
Address     00D0.BC77.8743
Cost        19
Port        23(FastEthernet0/23)
Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Bridge ID  Priority    32778  (priority 32768 sys-id-ext 10)
Address     0003.E441.ADB6
Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Aging Time  20
Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/1            Desg FWD 19        128.1    P2p
Fa0/23           Root FWD 19        128.23   P2p
Fa0/24           Altn BLK 19        128.24   P2p

修改后发现SW1的 fa0/24端口变成替代端口。为什么呢？
这是由于互换机在选举根端口时会一方面考虑根途径成本，这里都是19，再比较发送网桥id大小，这里是同一个根网桥。最后比较发送端口id大小，23比24小，所以23端口成为根端口。而24端口由于非根非指定端口就只能阻塞block。（这里指定端口被根网桥的发送端口占了，由于它的开销最小。）

附注：在学习STP时，根端口、指定端口、转发端口的指定规则：
l 根网桥的所有端口都是指定的
l 非根网桥到根网桥开销最小的端口是根端口
l 与其他网桥的根端口相连的端口都是指定的
l 根据以上规则就拟定了根端口和指定端口后，既不是根端口又不是指定端口的就成为阻塞端口
l 至于根端口和指定端口的区分，是这样的：
根端口：先比较cost，假如相等，则比较端口标记符ID，低则优。
指定端口：先比较cost，假如相等，则比较桥ID。桥ID由priority和MAC组成，低则优。