生成树的优化防护教学文稿.doc

生成树的优化防护

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第一章：二层交换：生成树的增强（BPDU防护过滤，根防护）
 (2014-09-26 09:33:57)
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分类： 网络技术
以下提到的STP代表了所有生成树协议。
STP用于防环，但是有一个基础，就是软件硬件都没有问题。软件一般就是指配置错误、bug，而硬件一般是指双向通讯故障，比如光纤两根线路，一根上行一根下行，如果断了一根就变成了单向通讯了。
简单来说，这些问题引起的后果，就是不该收到BPDU收到了，该收到BPDU的接口没有收到
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如果本该是接着终端，并启用了portfast的端口，被误接了交换机，就会引起了二层的环路。

有两个工具可以防止这种情况
· BPDU GUARD
· BPDU FILTER
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先来说BPDU GUARD（下简称BG）
当配置了BG后，在portfast的接入接口收到BPDU，立即置为err_disabled。
两种配置方法
全局配置： sw4(config)#spanning-tree portfast bpduguard default
默认所有portfast的接口，都启用BG。
接口配置：sw4(config-if)#spanning-tree bpduguard enable
无论接口是否启用了portfast，都启用BGP
如果需要把err_disable恢复过来，可以shutdown再no shutdown接口，但如果配置仍是错误，接口还是会被err_disabled
实验：
sw4(config-if)#spanning-tree bpduguard enable
6d01h: %SPANTREE-2-BLOCK_BPDUGUARD: Received BPDU on port FastEthernet0/8 with BPDU Guard enabled. Disabling port.
6d01h: %PM-4-ERR_DISABLE: bpduguard error detected on Fa0/8, putting Fa0/8 in err-disable state
6d01h: %LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/8, changed state to down
6d01h: %LINK-3-UPDOWN: Interface FastEthernet0/8, changed state to down
查看端口状态
sw4#show interfaces status err-disabled
Port Name Status Reason
Fa0/8 err-disabled bpduguard
设置自动恢复
sw4(config)#errdisable recovery cause bpduguard
默认300秒后自动恢复，但如果问题依旧，还是会err_disabled。
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BPDU FILTER（下简称BF）
不同的配置方式，有不同的作用
如果在全局模式下配置，所有启用了portfast的端口如果接收到了BPDU，会立即禁用portfast，并使端口参与STP运算，成为STP端口；
如果在接口模式下配置，那么接口将不会发送BPDU，而如果接收到BPDU，会无视掉，不会改变接入端口的角色。
全局配置命令：sw4(config)#spanning-tree portfast bpdufilter default
接口配置命令：sw4(config-if)#spanning-tree bpdufilter enable
注意，两种配置方式的作用差异很大，我一般建议在接入接口上启用第二种。
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根防护（ROOT GUARD，下称RG）
当在一个稳定的交换网络中，加入一台新的交换机，而这台新交换机有可能抢夺根桥位置。

设置了根防护的接口，可以防止成为根端口。回想一下什么是根端口，就是去往根桥并处于转发状态的接口。如上图，那么新交换机D接入网络后，如果它并没有抢夺到根桥位置，则相安无事，正常转发；如果它抢夺根桥，发出更优的BPDU，C将接着D的接口block掉，但只会block掉根桥所在vlan，举例，D并不打算成为VLAN1的根桥，而要成为VLAN99的根桥，那么C就会在VLAN99的生成树中，把那个端口置为blocking，注意不是err_disabled，因为其他vlan的生成树里它可能是正常的，如VLAN1。
只要D不再发出更优的BPDU，SW C会立即停止阻塞这个端口上的相应VLAN的BPDU。
实验：
拓扑

在SW3的对应接口上设置root guard，并开启debug
sw3(config)#int f0/7
sw3(config-if)#spanning-tree guard root
sw3#debug spanning-tree events
Spanning Tree event debugging is on

在SW4上修改优先级，使SW4抢夺根桥位置
sw4(config)#spanning-tree vlan 1 root primary

看SW3的debug和生成树信息
*Mar  7 18:47:39.759: STP: VLAN0001 heard root 24577-001a.a10b.7a00 on Fa0/7
*Mar  7 18:47:39.759:     supersedes 32769-0015.630d.7080
6d18h: %SPANTREE-2-ROOTGUARD_BLOCK: Root guard blocking port FastEthernet0/7 on VLAN0001.
sw3#
*Mar  7 18:47:39.763: STP: VLAN0001 Fa0/7 -> blocking
sw3#
*Mar  7 18:47:41.763: STP: VLAN0001 heard root 24577-001a.a10b.7a00 on Fa0/7
*Mar  7 18:47:41.763:     supersedes 32769-0015.630d.7080
........

sw3#show spanning-tree vlan 1
VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol ieee
  Root ID    Priority    32769
             Address     0015.630d.7080
             This bridge is the root
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
  Bridge ID  Priority    32769  (priority 32768 sys-id-ext 1)
             Address     0015.630d.7080
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time 300
Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/7            Desg BKN*19        128.7    P2p *ROOT_Inc

sw3#show spanning-tree inconsistentports
Name                 Interface              Inconsistency
-------------------- ---------------------- ------------------
VLAN0001             FastEthernet0/7        Root Inconsistent
Number of inconsistent ports (segments) in the system : 1

将SW4改回去
sw4(config)#no spanning-tree vlan 1 root primary

再看SW3的debug信息，可以见到sw3不再收到SW4的更优BPDU后自动恢复接口的状态。
sw3#
6d18h: %SPANTREE-2-ROOTGUARD_UNBLOCK: Root guard unblocking port FastEthernet0/7 on VLAN0001.
sw3#
*Mar  7 18:54:22.723: STP: VLAN0001 Fa0/7 -> listening
*Mar  7 18:54:37.723: STP: VLAN0001 Fa0/7 -> learning
*Mar  7 18:54:52.723: STP: VLAN0001 Fa0/7 -> forwarding

注意，root guard不能只针对特定VLAN启用，而是对全部VLAN，不过在RG工作中，只会block掉尝试成为根端口的那个VLAN的BPDU和流量。

第二章：生成树的优化

我们都知道一个网络优化的好坏，影响整个网络的性能，所以生成树协议的优化在网络中是十分重要的，下面我们说说生成树的优化及其增强特性。
工具/原料
· STP相关资料
方法/步骤
1. 1
由于生成树也有许多不能解决的问题：比如
1.802.1d不能阻止有问题的交换机成为根网桥
2.不具备从特定端口过滤BPDU的特性
3.网络设备故障会使网络中产生桥接环路和黑洞
4.某些故障会干扰生成树
所以生成树的优化是必须做的。
2. 2
BPDU防护: 防止交换机意外连接到了启用了PORTFAST特性的端口。如果接口启用了PORTFAST特性，那么当该接口收到BPDU的时候，BPDU防护功能就会使其进入“err-disable”状态，而不是将其blocking，以防产生桥接环路。直到管理员手动打开该端口。管理员也可以设置超时时间间隔，当端口进入“err-disable”状态之后，超过时间间隔，端口会再次打开，如果这时候仍旧接收到BPDU，BPDU防护特性会再次将其关闭
BPDU防护有两种启用方式：
1）全局启用：（no）spanning-tree portfast edge bpduguard default，这个是在所有开启了PORTFAST的端口上启用BPDU防护，前提是，已经开启了PORTFAST
2）端口启用：spanning-tree bpduguard enable，这个只在当前端口启用，这个无需先配置PORTFAST
3. 3
BPDU过滤（不 发）： 当交换机直接与主机相连的时候，这个时候是不需要向主机发送BPDU的，因为主机不参与拓扑的计算，所以发过去还是会丢弃，白白的浪费资源，因此还不如不发。
1）全局启用：（no）spanning-tree portfast bpdufilter default。全局启用会作用于交换机上所有处于工作状态，且没有单独在接口底下配置BPDU过滤特性的PORTFAST端口（也就是说要想全局启用生效，端口必须先配置PORTFAST属性）。如果这个端口收到了BPDU，那么他们就不再处于PortFast状态，BPDU过滤特性也将被禁用，然后开始和其他STP接口一样收发BPDU。在启动的时候，端口会传输10个BPDU数据包，如果这个端口在这个时间内收到了BPDU数据包，那么同样会退出PortFast状态并且禁用BPDU过滤特性。
2）端口启用：spanning-tree bpdufilter enable。端口会忽略收到的BPDU数据包，也不会发送任何BPDU数据包，这个不需要预先开启portfast特性。
BPDU过滤优先级高于BPDU防护，当有BPDU过滤的时候，BPDU防护将不生效
4. 4
根防护（不建立）：当一个具有更高优先级的网桥接入当前网络的时候，会造成当前网络拓扑的变化，导致一系列事情的发生。根保护的目的是确保根保护的端口成为指定端口，如果启用了根防护的端口上收到了一个更优的BPDU，则这个端口会进入不一致根的状态（等效于blocking状态），这时候不会处理BPDU，也就是说新的BPDU不会得到传播，也就不会竞选根网桥，这样就保证了原有拓扑的稳定性。这个时候，处于不一致根状态的的端口还会继续监听，如果不再收到更优BPDU的时候，端口就会取消阻塞，依次进行STP的状态过渡，最终进入转发状态
5. 5
对于根防护：我们来举个例子
如下图：
A和B为分布层SW，C为接入层SW，根为A。当在C下面再接一台SW时，由于D的优先级或MAC地址可能比其它要低，可能会使D成为Root SW，从而使得从A到达B的流量不能直接发送到B，而得使用C来转发，这样很不合理（A和B之间为千兆）。为了避免这种情况，可以在C的下联端口上使用Root Guard，以防止该端口成为Root Port，从而防止D成为Root SW，确保A永远为Root SW。使用Root Guard后，当SW D接入网络后，C的下联D的端口会收到一个更新的BPDU（前提是D的优先级最高）后，C将该端口转为Block状态，直到D不在发送新的BPDU或更改D的优先级。
关于根防护的一个建议：在所有接入端口上启用根防护特性
启用方式：Spanning-tree guard root

6. 6
检查配置的命令：
1.BPDU防护
Show spanning-tree summary totals
2.BPDU过滤
Show spanning-tree summary（查看过滤的启用状态，默认的）
Show spanning-tree interface f0/1 datails（查看特定端口的启用状态）
3.根防护
Show spanning-tree inconsistentports
END
注意事项
· 生成树BPDU 防护和BPDU过滤中全局模式下必须 配portfast

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