Cisco 快速生成树协议RSTP 协议原理及配置

一、相关知识介绍

1、生成树协议的主要功能有两个：一是在利用生成树算法、在以太网络中,创建一个以某台交换机的某个

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，通过生成树协议达到收敛保护的目的。 2、根网桥的选择流程：

（1）第一次启动交换机时，自己假定是根网桥,发出BPDU报文宣告。

(2）每个交换机分析报文,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，如

果相等，再比较MAC地址)。

(3)经过一段时间,生成树收敛，所有交换机都同意某网桥是根网桥。

(4)若有网桥ID值更小的交换机加入，它首先通告自己为根网桥.其它交换机比较后，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，实际上不少厂家目前还仅支持STP。STP的最大缺点就是他的收敛时间太长,对于现在网络要求靠可靠性来说，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，都是丢弃数据帧而且不学习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中被保留,阻断端口分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来确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一样.请注意图8—16上方的交换机,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一样,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，而且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

如果一个端口收到另外一个网桥的更好的 BPDU，但不是最好的，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

如果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，或者当一个交换机有两个或多个到共享局域网段的连接时，一个备份端口才能存在。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行中不担当任何角色.

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)设置根网桥

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交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，不需要经过侦听和学习状态，配置了上行速链路后交换机的优先级变为49152，成本增加3000

Switch（config）＃spanning—tree uplinkfast （7) 配置端口速链路

配置速端口的作用:不经过侦听和学习状态,直接进入到转发状态，但是该端口依然会运行生成树协议，如果检测到环路，也能够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的生成树详细信息

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、实验配置步骤

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交换机使用两个百兆端口相连,默认情况下STP协议启用的。通过两台交换机之间传送BPDU协议数据单元，选出根交换机、根端口等，以便确定端口的转发状态。上图中标记为黄色的端口处于block状态。 （1） SW1配置stp

设置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

交换机默认启动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。 在真实设备上不可能存在相同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，如果优先级相同就比较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?

这是因为交换机在选举根端口时会首先考虑根路径成本，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端口因为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,因为它的开销最小.）

附注：在学习STP时,根端口、指定端口、转发端口的指定规则：

    

根网桥的所有端口都是指定的

非根网桥到根网桥开销最小的端口是根端口 与其他网桥的根端口相连的端口都是指定的

根据以上规则就确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 至于根端口和指定端口的区分,是这样的：

根端口：先比较cost，如果相等,则比较端口标识符ID，低则优。

指定端口:先比较cost，如果相等,则比较桥ID。桥ID由priority和MAC组成,低则优。