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环路解决方案

1 单点故障和方案

1.1 端口协商参数

双工模式，duplex

半双工模式，half-dulex：同一时刻，只能收或者发，信号的双向传输

全双工模式，full-duplex：同一时刻，可以同时收发，信号的单向传输

速率，speed

***默认是auto模式，建议不同类型的设备之间进行互联链路时，手动指定速率和双工

1.2 单点故障和环路问题

传统交换网络产生的问题：

单点故障

解决方案：

增加冗余链路

增加冗余设备

随之而来的问题：

数据转发环路

产生环路的数据，会不断的在网络中进行传输，从而消耗网络中的链路资源和设备资源

解决方案：

在交换机上运行STP协议

目标：

在LAN中，保证任何两个通信终端之间永远只有一个

最短的、无环的转发路径

2 STP原理与实现

***STP：生成树协议（802.1d）

2.1 STP的作用

STP，Spanning TreeProtocol：生成树协议

***默认情况下，交换机为每个VLAN打开STP树协议

【命令】Switch(config)#no spanning-tree vlan ***    #关闭STP树协议

在网络中存在冗余链路的情况下，实现环路的防护

STP是防止交换机之间产生环路问题的“树协议”

***活动链路和备份链路在出现故障时，可以自动切换

2.2 STP的实现

2.2.1 BPDU介绍

BPDU，Bridge Protocol DataUnit    #桥接协议数据单元

1、BPDU是运行STP的交换机之间交换的消息帧。

2、包含了STP所需的路径的优先级信息

按顺序进行比较：

1、Root ID    #表示根交换机是谁

2、Cost    #表示发送该BPDU的交换机到达根交换机的距离

3、BID    #表示发送该BPDU的交换机的名字

组成：优先级（默认是32768）+基MAC

4、Port ID    #表示发送方交换机是哪个端口发送出来的

组成：端口优先级（默认是128）+端口号（接收的端口号）

***值越小越好

2.2.2 不同VLAN的BPDU

交换机如何区分不同VLAN的BPDU：

BPDU中的BID：优先级+MAC地址

优先级为2字节（16bit）：其中分为4bit+12bit

其中12bit代表交换机中的VLAN号，有2^12=4096个

其中4bit真正表示了BID的优先级，即2^4，范围0~15

由此得出：前面的4bit才是真正表示了优先级

因此优先级0～61440，默认是32768，必须是4096的倍数，优先级只能有16个

但是在表示优先级数值的时候，后面的12bit，都必须算上，同时必须是0

即，每个交换机的STP的优先级都是2^12的0-15的倍数，即4096的倍数

2.2.3 BPDU的分类

配置BPDU

拓扑变更通告（TCN）BPDU

2.3 STP的分类

PVST，Per-vlan STP，在VLAN中存在的STP，收连速度比较慢

RSTP，快速生成树协议

MSTP，多生成树协议

STP—>PVST—>RSTP—>MSTP

2.4 STP工作过程

【命令】Switch#Show spanning-tree    #查看树协议表

2.4.1 确定交换机的角色

根交换机

非根交换机

判断角色的原则：比较每个交换机的BID，Brigde ID（桥ID），越小越好

组成：优先级+MAC

优先级：默认是32768，2字节

MAC：交换机的主板MAC（基MAC地址），6字节

【命令】Switch#show version    #查看交换机的基MAC地址(BaseEthernet MAC Address)

2.4.2 确定端口角色

根端口（RP）：每一个非根交换机，都有一个，且只有一个，距离根交换机最近（cost值）的端口

指定端口（DP）：每一个“冲突域”中都存在一个距离根交换机最近（cost值）的口，根交换机上的口都是指定端口

阻塞端口（Altn）：其他所有端口，备份链路

***冲突域：交换机上的每个端口都有一个冲突域

***在分析时，先确定根端口，在选指定端口

根端口（RP）：子节点连接父节点的端口

指定端口（DP）：父节点连接子节点的端口

阻塞端口：消除网络环路

2.4.3 确定端口状态

Disable（关闭）    #相当于shutdown，此时端口不能用

Listening（侦听）    #该极端侦听的是BPDU，用于确定端口角色

Learning（学习）    #该状态学习的是MAC地址，形成MAC地址表

Forwarding（转发）    #即端口的最终转发状态

根端口、指定端口

Block（阻塞）    #此时的端口是不可以发送数据的，只接收BPDU

非指定端口

2.5 Cost值

如何表示“距离”

在STP中，通过cost值表示一个路径的距离

对于某些链路，均有默认的cost值

10M=cost 100

100M=cost 19

1G=cost 4

10G=cost 2

2.6 修改交换机的STP优先级

***通过修改交换机的STP优先级重新确定VLAN的根交换机

【命令】Switch(config)#spanning-tree vlan 1 priority 61440    #修改根交换机SW1的BID优先级为61440

***导致的结果，此时的网络中的“根交换机”由SW1变成了其他VLAN

2.7 STP的3种计时器

Hello时间

转发延迟（Forward delay）

最大老化时间

3 拓扑图解析

1、画图说明“传统网络中的单点故障”

2、画图说明“解决方案（增加冗余链路和设备）”

3、画图说明“冗余链路和设备，带来的环路问题”

详细说明，环路是如何形成的

4、画图说明“STP的工作过程”

如何选举交换机角色

如何判定端口角色

如何判定端口最终状态

         1、确定交换机角色

根据四台交换机的BID（优先级+基MAC）确定

优先级默认为32768，MAC地址00D0.5841.6B61最小，故SW2为根交换机

         2、确定端口角色

                  根交换机下的端口都是DP

                  确定非根交换机的RP：

         比较：Cost值—>trunk链路上交换机的BID—>trunk链路上交换机端口的PortID

                  确定非根交换机的DP

         比较：Cost值—> trunk链路上交换机的BID—>trunk链路上交换机端口的PortID

***通常，两台交换机之间有两条trunk链路时才需要比较PortID

         ***DP的对端不是RP，就是阻塞端口

5、更改SW2在VLAN1中的STP优先级为0

从而确保，根交换机由SW1转移到SW2

随后验证，确认每个交换机的角色、每个端口的角色和状态

4 配置命令总结

特权模式

Switch#Showspanning-tree    #查看树协议表

Switch#Showspanning-tree summary    #查看树协议表概要

Switch#showversion    #查看交换机的基MAC地址(BaseEthernet MAC Address)

全局配置模式

      Switch(config)#nospanning-tree vlan ***    #关闭STP树协议

      Switch(config)#spanning-treevlan 1 priority 61440    #修改根交换机SW1的BID优先级为61440

浅谈思科设备——环路解决方案

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