第 6 章管理交换网络中的冗余链路

第6章管理交换网络中的冗余链路 锐捷认证网络工程师RCNA

本章内容 • 交换网络中的冗余链路 • 生成树协议STP • 快速生成树协议RSTP • 配置STP、RSTP • 以太网链路聚合

课程议题 • 交换网络中的冗余链路 • 生成树协议STP • 快速生成树协议RSTP • 配置STP、RSTP • 以太网链路聚合

SW1 SW2 VOD Server SW3 PC2 PC1 交换机网络中的冗余链路 • 使用备份连接，可以提高网络的健全性、稳定性。

SW1 SW2 VOD Server SW3 PC2 PC1 产生环路 • 环路问题将会导致：广播风暴、多帧复制及MAC 地址表的不稳定等问题。

SW1 SW2 VOD Server SW3 PC2 PC1 解决方法 • 临时关闭网络中冗余的链路

生成树协议STP 的基本概念 • 生成树协议（Spanning-Tree Protocol,STP） IEEE802.1d标准； • STP协议的主要思想就是当网络中存在备份链路时，只允许主链路激活，如果主链路因故障而被断开后，备用链路才会被打开。 • 生成树协议的发展过程划分成三代第一代生成树协议：STP/RSTP 第二代生成树协议：PVST/PVST+ 第三代生成树协议：MISTP/MSTP • 主要作用：避免回路，冗余备份。

BPDU(网桥协议数据单元） 交换机之间交换BPDU(网桥协议数据单元)数据帧源地址:交换机MAC;目的地址:0180.C200.0000(多播:桥组) BPDU的组成: 1.版本号:00(IEEE 802.1D) ;02(IEEE 802.1W) 2.Bridge ID(交换机ID=交换机优先级+交换机MAC地址) 3.Root ID(根交换机 ID) 4.Root Path Cost(到达根的路径开销) 5.Port ID(发送BPDU的端口ID=端口优先级+端口编号) 6.Hello Time(定期发送BPDU的时间间隔) 7.Max-Age Time(保留对方BPDU消息的最长时间) 8.Forward-Delay Time(发送延迟:端口状态改变的时间间隔) 9.其他一些诸如表示发现网络拓扑变化、本端口状态的标志位。

BPDU 的机制 1.网络中选择了一个交换机为根交换机（Root Bridge）； 2.除根交换机外的每个交换机都有一个根口（Root Port），即提供最短路径到Root Bridge的端口； 3.每个交换机都计算出了到根交换机（Root Bridge）的最短路径； 4.每个LAN都有了指定交换机（Designated Bridge），位于该 LAN与根交换机之间的最短路径中。指定交换机和LAN相连的端口称为指定端口（Designated port）； 5.根口（Roor port）和指定端口（Designated port）进入转发Forwarding状态； 6.其他的冗余端口就处于阻塞状态（Blocking或 Discarding）。

根交换机的选择 • Bridge ID最小的交换机为根交换机； • Bridge ID：每个交换机唯一的桥ID，由交换机优先级和Mac地址组合而成； • 交换机优先级和Mac地址越小则Bridge ID就越小。 • 如果交换机优先级的优先级相同，再比较Mac地址。

路径开销 带宽 IEEE802.1d IEEE802.1w ------------------------------------- 10Mbps 100 2000000 100Mbps 19 200000 1000Mbps 4 20000

路径开销为 100 19 19 100 100 SwA SwB SwC 19 38 SwD SwE 路径开销的计算假设SwA为根交换机

生成树的比较规则 生成树的选举过程中，应遵循以下优先顺序来选择最佳路径： 1.比较Root path cost； 2.比较Sender’s bridge ID； 3.比较Sender’s port ID； 4.比较本交换机的port ID。

Sw D Mac:00d0f80000d1 Mac:00d0f80000f2 Mac:00d0f80000f1 2 Sw A Sw B 8 Sw C 比较的方法已知：Sw D交换机为根交换机，假设图中所示链路均为百兆链路，且交换机均为默认优先级32768和默认端口优先级128。交换机A、B的路径开销Root path cost相等，C-A-ROOT和C-B-ROOT的路径开销Root path cost相等，选择C-ROOT的最佳路径？

Sw D Mac:00d0f80000d1 Mac:00d0f80000f1 1 2 Sw A Sw B 7 8 Sw C 比较的方法在交换机A与交换机C增加一条备份链路要比较Sender’s port ID

Sw D Mac:00d0f80000d1 Mac:00d0f80000f1 Sw A Sw B 1 2 HUB 8 7 Sw C 6 比较的方法在交换机A、C之间增加一HUB相连接比较本交换机的port ID

时间 Blocking(阻塞) 20秒 Listening(侦听) 15秒发送延迟 Learning(学习) 15秒发送延迟 Forwarding(发送) STP的缺点生成树经过一段时间（默认值是50秒左右）稳定之后，所有端口要么进入转发状态，要么进入阻塞状态。

IEEE 802.1w • 快速生成树协议RSTP(Rapid Spannning Tree Protocol) IEEE 802.1w • RSTP协议在STP协议基础上做了三点重要改进，使得收敛速度快得多（最快1秒以内）。

改进 • 第一点改进：为根端口和指定端口设置了快速切换用的替换端口（Alternate Port）和备份端口（Backup Port）两种角色，当根端口/指定端口失效的情况下，替换端口/备份端口就会无时延地进入转发状态。 • 第二点改进：在只连接了两个交换端口的点对点链路中，指定端口只需与下游交换机进行一次握手就可以无时延地进入转发状态。 • 第三点改进：直接与终端相连而不是把其他交换机相连的端口定义为边缘端口（Edge Port）。边缘端口可以直接进入转发状态，不需要任何延时。

端口角色和端口状态 Root port：具有到根交换机的最短路径的端口。 Designated port：每个LAN的通过该口连接到根交换机。 Alternate port：根端口的替换口，一旦根端口失效，该口就立刻变为根端口。 Backup port：Designated port的备份口，当一个交换机有两个端口都连接在一个LAN上，那么高优先级的端口为 Designated port，低优先级的端口为Backup port。 Undesignated port：当前不处于活动状态的口，即 OperState为down的端口都被分配了这个角色。

端口角色和端口状态

端口状态 每个端口有三个状态（port state）来表示是否转发数据包，从而控制着整个生成树拓扑结构。 Discarding：既不对收到的帧进行转发，也不进行源Mac 地址学习。 Learning：不对收到的帧进行转发，但进行源Mac地址学习，这是个过渡状态。 Forwarding：既对收到的帧进行转发，也进行源Mac地址的学习。对一个已经稳定的网络拓扑，只有Root port和 Designated port才会进入Forwarding状态，其它端口都只能处于Discarding状态。

网络拓扑树的生成 假设Switch A、B、C的bridge ID是递增的，即Switch A的优先级最高。A与B间是千兆链路，B 和C间为百兆链路，A和C间为十兆链路。

网络拓扑树的生成

RSTP 与STP的兼容性 RSTP协议提供了protocol-migration功能来强制发 RSTP BPDU

RSTP的拓扑变化机制 1.Forwarding端口-最优路径； 2.Discarding端口-备份链路，备份端口-用于指定端口到生成树叶子节点的路径的备份，仅在到共享LAN网段有2个或2个以上连接，或2个端口通过点到点链路连接为环路时存在； 3.Discarding状态端口充当两种角色（alternatePort， backupPort），从alternatePort，backupPort中选择到达Root的次优路径； 4.当网络拓扑结构发生变化以后立刻转发(收敛时间小于1秒)。

配置STP、RSTP Spanning Tree 的缺省配置：关闭STP，且STP Priority 是32768，STP port Priority 是128。 STP port cost 根据端口速率自动判断； Hello Time 2秒； Forward-delay Time 15秒； Max-age Time 20秒；可通过spanning-tree reset 命令让 spanning tree参数恢复到缺省配置。

打开、关闭Spanning Tree协议 Switch(config)#Spanning-tree 如果您要关闭Spanning Tree协议，可用 no spanning-tree 全局配置命令进行设置。

配置Spanning Tree的类型 Switch(config)# Spanning-tree mode STP/RSTP

配置交换机优先级 Switch(config)#spanning-tree priority <0- 61440> (“0”或“4096”的倍数、共16个、缺省32768) 如果要恢复到缺省值，可用 nospanning-tree priority全局配置命令进行设置。

STP port-priority Switch(config-if)#spanning-tree port-priority <0-240> (“0”或“16”的倍数、共16个、缺省128) 如果要恢复到缺省值，可用 no spanning-tree port-priority接口配置命令进行设置。

STP、RSTP信息显示 SwitchA#show spanning-tree ！显示交换机生成树的状态 SwitchA#show spanning-tree interface fastthernet 0/1 ！显示交换机接口

以太网链路聚合 网络压力对于局域网交换机之间以及从交换机到高需求服务的许多网络连接来说，100M甚至1Gbps的带宽是不够的。链路聚合技术（也称端口聚合）帮助用户减少了这种压力。

802.3ad 802.3ad 标准定义了如何将两个以上的以太网链路组合起来为高带宽网络连接实现负载共享、负载平衡以及提供更好的弹性。

链路聚合的定义 端口聚合将交换机上的多个端口在物理上连接起来，在逻辑上捆绑在一起，形成一个拥有较大宽带的端口，形成一条干路，可以实现均衡负载，并提供冗余链路。

链路聚合 aggregate port （以下简称AP），符合IEEE 802.3ad标准。它可以把多个端口的带宽叠加起来使用，比如全双工快速以太网端口形成的AP 最大可以达到800Mbps，或者千兆以太网接口形成的AP 最大可以达到8Gbps。

链路聚合

802.3ad的主要优点 1、链路聚合技术（也称端口聚合）帮助用户减少了这种压力。 2、802.3ad的另一个主要优点是可靠性。 3、链路聚合标准在点到点链路上提供了固有的、自动的冗余性。

流量平衡 AP根据报文的MAC地址或IP地址进行流量平衡，即把流量平均地分配到AP的成员链路中去。流量平衡可以根据源MAC地址、目的MAC地址或源IP地址/ 目的IP地址对。

MAC地址流量平衡

配置aggregate port 配置二层aggregate port 配置三层aggregate port

配置二层aggregate port Switch#configure terminal Switch(config) # interfaceinterface-id Switch(config-if-range)#port-group port- group-number 将该接口加入一个AP(如果这个AP 不存在，则同时创建这个AP)。

配置三层aggregate Switch#configure terminal Switch(config) #interface aggregate-port aggregate-port-number Switch(config-if)#no switchport Switch(config-if)#ip address 192.168.1.1 255.255.255.0

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