华三STP、RSTP、MSTP的详解 |
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华三STP、RSTP、MSTP的详解
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生成树STP
背景作用：避免广播风暴，需要网络中不能存在环路。防止环路导致网络中产生的大量的广播报文，导致网络拥塞。 生成树协议主要是解决2层环路的 三层环路是根据许多的路由协议去解决的。 如果两台交换机多余两条链路能够到达，就有环。 如果交换机没有环，要不要开启生成树？ 要开启，原因是：防止自身成环。STP， 交换机通过发送BPDU来传递生成参选信息 通过计算，来选举闭塞端口，来隔断环路 协议：BPDU，包含信息完成生成树的计算，BPDU（默认=每2秒发送一次）,根桥=网桥ID最小的网桥 配置BPDU：用来计算和维护生成树的报文 TCN BPDU：当拓扑发生变化时，用来通知上层网络设备：网络拓扑发生了变化 配置BPDU包含： 1、根桥ID：根桥的优先级+MAC地址,网桥ID=2Byte 网桥优先级+6Byte MAC地址（网桥优先级可以人工更改） 2、根路径开销（RPC）：到根桥最小的路径开销，根桥RPC=0，非根桥，则是到达根桥的最短路径上所有路径的开销之和。 3、指定桥ID：生产或者转发BPDU的桥ID，桥优先级+桥mac 4、指定端口ID：发送BPDU端口ID，端口优先级+端口索引号。 生成树的选举流程： （1）在整个网络中选举唯一的一台根桥， （2）每台非根桥选举一个根端口 （3）每个物理段上选举一个指定端口。 生成树算法1、根桥的选举： 桥ID，优先级+桥MAC，唯一标识一台设备。BID最小的被选举为根网桥。 BID=优先级+MAC地址 优先级默认是32768，所有交换机的优先级都是32768，看MAC地址，MAC地址全球唯一，各不相同，通过MAC地址可以找出根网桥，MAC地址最小的。 先比较桥优先级，优先级值越小越优；若优先级相等，比较桥MAC地址，地址越小越优。 根桥的所有端口都是指定端口（DP） 2、确定端口角色：（使用RPC来选择端口角色） 指定端口：根桥上所有的端口（指定端口：发送的BPDU比接收的BPDU要优） 在每段线路上找指定端口， 每个物理网段都选举一个指定端口。 (1) 该条链路两端所连交换机，谁到根桥的开销小，谁上的端口就是指定端口。 (2) 该条链路两端所连交换机，谁的网桥ID小，谁上的端口就是指定端口 (3) 该条链路两端，谁的端口ID小，谁就是指定端口。 根端口：（非根网桥上选择），非根桥都选举一个唯一的根端口 开销值直接和链路带宽相关，开销值越小带宽越大。开销值越小到达根网桥越快。 （1）到达网桥开销最小的优先 开销就是数据s到达一个目的耗费的资源和代价 (2) 流经的上游交换机BID小的优先 （3） 端口ID小的优先 （1）非根桥上到根桥，路径开销最小的端口。 （2）若开销相等，则选择：端口对端所连交换机网桥ID最小的端口。 阻塞端口：将既不是根桥端口也不是指定端口的端口阻塞 端口的状态接口状态的作用：防止stp开启前，链路中存在临时环路的产生 端口状态描述Disable失效状态，不转发数据，不接收，不发送报文（物理端口Down）Blocking有效状态，接收报文，不发送报文Listening不转发数据，不学习地址，接收，发送BPDU消息Learning不转发数据，开始地址学习，接收，处理，发送BPDU消息Forwarding转发任何数据，地址学习，接收，处理，发送BPDU消息 网桥故障处理： 1、发送TCN BPDU给上游设备 2、上游设备收到该BPDU后，上游不是根桥，把下一个配置BPDU的TCA置位，发送给下游网桥， 3、上游网桥从根端口发送TCN BPDU 4、根桥收到BPDU后，将下一个要发送的配置BPDU中的TCA 置位。作为收到TCN的确认 5、根桥同时也会将该配置BPDU中的 TC置位，发送给网络中的网桥，，拓扑发生了变化。在STP的环境中网桥的MAC地址为老化300s，配置BPDU老化时间为20s， 根桥收到TcN置位的BPDU后，将下一个bpdu中的TCA置位发送给下游设备做为TCN的确认， 同时发送TC置位的BPDU给所有的邻居， 20s+15s:根桥将bpdu中的TC置位 各个网桥收到TC置位的bpdu，将自己的mac地址的老化时间变为15s RSTP相比STP算法一样，只是对收敛速度做了优化 减少了端口状态 discarding learning forwarding
flag字段用到了全8位
0:tc 1:p位 2，3：端口角色 4，5：端口状态 6：A位 7：TCA位 RSTP对BPDU的处理网桥自动产生配置BPDU，不需要来自根桥的配置BPDU，发送周期为hello time 2s RSTP，MSTP：老化时间为3个连续的hello time时间 6s，stp的bpdu的老化时间为20s STP的AP端口收到低优先级的配置BPDU，忽略该BPDURSTP的AP端口收到低优先级的配置BPDU，立即回应最优的BPDU给对端交换机 根端口的快速收敛： AP端口时备份根端口的（替换端口） 备份根端口对端的DP是UP状态，则立马进入转发状态，但是在stp中则会等待2个forwording时间才能进行转发状态 边缘端口的快速收敛：指定端口，连接主机的端口。不是端口角色 特性：是一种快速收敛的机制 1、边缘端口指网桥上直接和终端相连的端口 2、边缘端口可以直接进入转发状态，不需要延时， 3、端口的变化并且不会触发拓扑改变，不会触发mac地址表 4、边缘端口收到BPDU后，（下面连接一个交换机）会转变为非边缘端口 5、边缘端口下的主机上下线不会触发拓扑改变 指定端口的快速收敛：（1）共享环境内：backup端口备份指定端口的（被自己的bpdu给抑制了） （2）在点对点链路上：(点对点链路是设备和主机) 进行P/A机制的协商，协商完成后。实现指定端口的快速收敛
P/A协商： I. 指定端口（SWA）向下发送P置位配置BPDU II. 接收交换机（SWB）检查接收到P置位BPDU的端口是否为根端口，是，则进行同步。否则不做处理 III.同步是阻塞本网桥除边缘端口外的其他指定端口，然后SWB根端口进入转发状，同时向上游SWA发送A置位BPDU，上层收到，上层交换机的DP进入转发状态 IV. 下层SW阻塞DP的原因是： 防止临时环路的产生，如何打开？答：往下层继续P/A协商。 V. P/A不依赖任何的定时器，能在新增链路或者链路恢复时实现快速的收敛 RSTP拓扑改变处理拓扑触发条件：非边缘端口状态变成forwarding状态 1、没有使用TCN BPDU,谁接收到拓扑改变信息后在2倍的hello time时间内，直接发送TC置位的bPDU，不会发送TCN BPDU通知根桥发TC BPDU， 2、交换机接收到TC BPDU后，交换机清除所有DP端口和RP端口学来的mac地址，除接收到TC报文端口学到的MAC 然后直接刷新MAC地址表，改刷新时间为15s，而不是像STP缩短老化时间。 TC报文时书刷新mac地址表的。 阻塞端口对于次优BPDU能做处理，目的是让发送次优BPDU的设备能进快确定角色进入转发状态 处理方式：从所有DP和RP发送TC置位BPDU，和STP设备混合使用会失去快速收敛特性，注意是该接口 MSTPSTP和RSTP都是单树的，不能实现在2层网络中实现负载分担 ，只能是链路的备份，浪费了带宽资源 MSTP基于实例构建多棵树，不但能够实现备份和快速收敛，还能够实现数据的负载分担 MSTP可以构建多个MST域如果要保证网桥在同一个MST的域 配置MSTP注意：（1）域名一致：默认是以交换机的MAC地址做为域名 (2) 修订级别：默认是0 没实际含义 可以修改 （3）映射关系：VLAN和实例的映射关系一致 CST、IST、CIST（公共生成树，内部生成树，公共和内部生成树） 把域逻辑成网桥，逻辑网桥之间构建的生成树是CST 域内实例0的树指的是IST的树 域内和域间的网桥构建的树是CIST
总根：所有交换机中桥ID最小的交换机是 域根：域内IST的交换机去往总根开销最小的设备为域根 （其他域的域根不一定是桥ID最小的交换机） 选举过程： 1、初始环境下，，每一个域内的交换机交互BPDU，选举根桥。 2、域间比较整个CIST的交换机的桥id，最小的为总跟 3、所有域内离总根开销最小的什么是msti和msti的域根？ 非实例0的树为msti的树 msti树的根桥为msti的域根 不同msti的树一般对应不同的拓扑结构，也可以是相同的。 总根比较桥id，IST根比较去往总共开销，MSTI域根比较桥idMSTP中的端口角色：master端口 IST域内可以存在2个或者多个域边界端口， 域根指向总根的端口为master端口 (可以理解为CST的RP) 连接其他域的边界端口可以理解为CST的DP 如果没有master，那这些交换机在同一个域内 MSTP的计算包括 CST的计算，IST的计算，MSTI的计算，但是在完成收敛的时候是同时进行的 CST计算：把域逻辑成网桥，逻辑网桥的代表是域根，总根所在域的代表为总根。总根所在的域在CST计算时可以理解为根桥，其余为非根桥，算法和标准的算法一样 IST的计算：域根比较的不是桥ID，而是去往总根最近的。算法和STP一样 MSTI计算，域根比较的桥ID小的算法和STP算法一样 H3C设备和其他设备混合使用要保证网桥工作在同一个MST域需要开启摘要侦听。直接复制收到的摘要发给对端设备，不做摘要计算 MSTP收敛和RSTP一样，和RSTP结合使用的时候，如果RSTP是上游设备，MSTP是下游设备，要在MSTP的设备开启不检查A置位的BPDU。因为MSTP要检查P.A同时置位才同步 CIST优先级向量： 1、首先比较CIST总根的ID，ID小的为优 2、若总根的ID相同，则比较CIST的外部路径开销，开销小的为优 3、若开销一定，则比较域根的id，id小者为优 4、如果域根的id相同，则比较CIST的内部路径开销，开销小的为优 5、若内部开销相同，则比较CIST的指定桥ID，指定桥ID小者为优 6、指定桥id相同，则比较CIST指定端口id，端口id小的为优 7、如果上述都相同，则比较CIST的接收端口ID，接收端口id小的为优 MSTP的PA机制： 对于MSTP，下游设备在收到上游设备的proposal和Agreement消息后，回应一个Agreement的置位的BPDURSTP的PA机制： 对于RSTP，下游设备在收到上游设备的proposal消息后，回应一个Agreement的置位的BPDU STP保护机制（4种）1、BPDU保护 交换机一般把连接终端的端口设置为边缘端口 防止从边缘端口发起的请求对网络进行攻击，开启后边缘端口收到BPDU后，关闭端口 配置： [H3C]stp bpdu-protection (bpdu的保护) [H3C]int gi1/0/1 [H3C-GigabitEthernet1/0/1]stp edged-port2、根桥保护 为了防止新加入的设备影响根桥的地位，比如新加入的交换机优先级较为优，抢占核心根桥的位置，导致根桥到接入设备。开启后如果接口收到其他更优的BPDU该接口状态设为discarding状态。 配置代码： [H3C-GigabitEthernet1/0/2]stp root-protection [H3C-GigabitEthernet1/0/2]%Aug 2 10:06:39:103 2021 H3C STP/4/STP_ROOT_PROTECTION: Instance 2's ROOT-Protection port GigabitEthernet1/0/2 received superior BPDUs.3、环路保护： 接口UP但是数据发送不出去： 原因：1、可能是网路拥塞 配置了环路保护的端口，当接收不到上游设备发送的BPDU报文时,环路保护生效。 如果该端口参与了STP计算，则不论其角色如何，该端口在所有实例都将处于 Discarding状态"
TC-保护： TC-BPDU的作用： 通知其他的交换机的mac地址表的老化时间为15s，
一旦主机持续发送伪造的TC-BPDU，造成交换机持续收到，并刷新mac地址表，导致交换机中mac地址表是空的，发送单播帧时，一直在洪泛， RSTP、MSTP中：运行RSTP和MSTP的交换机接收到TC-BPDU后，马上刷自己接口收到的MAC地址表， [H3C]stp tc-protection [H3C]stp tc-protection threshold 15 |
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