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、生成树协议的主要功能有两个：一是在利用生成树算法、在以太网络中，创立一个以某台交换机的某个
端口为根的生成树，防止环路。二是在以太网络拓扑发生变化时，通过生成树协议到达收敛保护的目的。 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〔先比拟网桥优先级，如
果相等，再比拟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〕假设有网桥ID值更小的交换机参加，它首先通告自己为根网桥。其它交换机比拟后，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中被保存，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拟端口中保存的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的选择根端口的原那么，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
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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，那么P2端口为备份端口。
图8-18 替换端口的选择
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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〕 修改端口本钱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：当接入层或会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，本钱增加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
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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。生成树协议现已经开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
创立vlan10、20，将端口划分vlan
interface FastEthernet0/1switchport 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SW1一样。 〔3〕比拟根网桥
从上图中得知，SW1为根网桥。在真实设备上不可能存在一样mac地址的情况。比拟根网桥原那么，先比拟优先级，越小说明级别越高，如果优先级一样就比拟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 . 可修编.
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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
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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本钱，这里都是19，再比拟发送网桥id大小，这里是同一个根网桥。最后比拟发送端口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、转发端口的指定规那么：
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
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根据以上规那么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：先比拟cost，如果相等，那么比拟端口标识符ID，低那么优。
指定端口：先比拟cost，如果相等，那么比拟桥ID。桥ID由priority和MAC组成，低那么优。
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