RSTP知识及配置

STP的不足之处:

(1)没有细致的区分端口状态和端口的角色; 

(2)STP端口状态共有5种,包含Disabled、Blocking、Listening、Learning、Forwarding收敛比较慢;

(3)Listening、Learning和Blocking状态对于用户来说,并没有什么区别,都不能转发流量。

RSTP是STP的升级版本,它重新划定端口的角色和状态,使用更快速的握手协商机制,降低了收敛时间,使它成为继STP协议之后首选的生成树协议,不足之处是在同一网络内的交换机上所有的VLAN共用同样的拓扑。

一。RSTP的改进

1.RSTP的端口角色有4种:根端口、指定端口、Alternate端口、Backup端口。

(1)根端口和指定端口与STP协议中的作用一样;

(2)Alternate端口:由于学习(Learning)到其他网桥发送的配置BPDU报文而阻塞的端口,该端口提供了从指定桥到根桥的另一条可切换路径,作为根端口的备份端口;

(3)Backup端口:由于学习到自身放的配置BPDU报文而阻塞的端口,Backup端口作为指定端口的备份,它提供了另一条从根桥到相应网段的备份路径;

2.RSTP的端口状态有3种:Discarding、Learning、Forwarding。

RSTP与STP端口状态的比较:

RSTP端口状态 对应的STP端口状态 功能
Forwarding Forwarding 可转发用户数据帧,学习MAC地址
Learning Learning 不能转发用户数据帧,可学习MAC地址
Discarding Listening 不能转发用户数据帧,也不能学习MAC地址
Blocking
Disabled

3.RSTP的快速收敛机制:

(1)Proposal/Agreement机制(P/A机制):当一个端口被选举称为指定端口后,在STP中,该端口至少要等待一个转发延时Forward Delay(Learning)时间才会迁移到Forwarding状态。而在RSTP中,此端口会先进入到Discarding状态,再通过P/A机制快速进入Forwarding状态。注意:这种机制必须在点对点全双工链路上使用。

(2)根端口快速切换机制:若网络中出现了一个根端口失效的情况,网络中最优的Alternate端口会成为根端口,进入到Forwarding状态。原因是通过这个Alternate端口连接点网段上必然有一个指定端口可以通到网桥;

(3)边缘端口的引入:在RSTP中,若某一个指定端口位于整个网络的边缘,即不再与其他的交换设备进行连接,而是直接的与终端设备连接,这种端口就称为边缘端口该端口不接收处理配置BPDU,不参与RSTP运算,可以有由Disable直接转到Forwarding状态,而且不需要经历时延,就像是在端口上禁用了STP。但是,一旦边缘端口收到配置BPDU,就会丧失边缘端口的属性,称为普通的STP端口,还会重新进行生成树就算,从而引起网络的动荡。

二。RSTP的配置

实验内容:

在所有的交换机上运行生成树协议,同时使用RSTP协议,加快网络的收敛速度。将S1作为根交换机、S2作为次根交换机,并配置边缘端口进一步优化网络。

实验目的:

(1)理解RSTP的应用场景;

(2)掌握RSTP的基本配置;

(3)掌握RSTP的边缘端口的应用;

(4)理解RSTP备份端口。

实验拓扑:

RSTP知识及配置_第1张图片

实验所用MAC地址:

设备及型号 全局MAC地址
S1(S3700) 4c1f-cce9-6a27
S2 4c1f-cc7c-219a
S3 4c1f-cc9b-0a9b
S4 4c1f-ccea-2eb3

实验操作:

1.基本配置:根据实验要求完成相应的IP地址的配置,测试直连链路的连通性。

2.RSTP基本功能的配置:

将生成树模式由默认的MSTP更改成RSTP模式。

[S1]stp enable 	
[S1]stp mode  rstp 
......

在各交换机上使用display stp命令查看生成树的模式及根交换机的位置。

[S1]dis stp
-------[CIST Global Info][Mode RSTP]-------
CIST Bridge         :32768.4c1f-cce9-6a27
Config Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
Active Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
CIST Root/ERPC      :32768.4c1f-cc7c-219a / 20000
CIST RegRoot/IRPC   :32768.4c1f-cce9-6a27 / 0

[S2]dis stp
-------[CIST Global Info][Mode RSTP]-------
CIST Bridge         :32768.4c1f-cc7c-219a
Config Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
Active Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
CIST Root/ERPC      :32768.4c1f-cc7c-219a / 0
CIST RegRoot/IRPC   :32768.4c1f-cc7c-219a / 0

......

配置根交换机和次根交换机:

[S1]stp root primary 

[S2]stp root secondary 

使用display stp brief命令查看每台交换机上的端口角色和状态。

[S1]dis stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    GigabitEthernet0/0/1        DESI  FORWARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/2        DESI  FORWARDING      NONE

[S2]dis stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    GigabitEthernet0/0/1        ROOT  FORWARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/2        DESI  FORWARDING      NONE

[S3]dis stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/4               BACK  DISCARDING      NONE

[S4]dis stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               ALTE  DISCARDING      NONE

可以观察到现在S2的GE0/0/1端口为根端口,其他所有的端口为指定端口。

现将S2的GE0/0/1端口使用shutdown命令关闭掉,再使用命令查看S2上其他的端口角色和状态的变化。

[S2-GigabitEthernet0/0/1]shutdown 
Apr  2 2019 14:21:39-08:00 S2 %%01PHY/1/PHY(l)[0]:    GigabitEthernet0/0/1: chan
ge status to down
Apr  2 2019 14:21:41-08:00 S2 %%01PHY/1/PHY(l)[1]:    GigabitEthernet0/0/1: chan
ge status to down
Apr  2 2019 14:21:44-08:00 S2 DS/4/DATASYNC_CFGCHANGE:OID 1.3.6.1.4.1.2011.5.25.
191.3.1 configurations have been changed. The current change number is 7, the ch
ange loop count is 0, and the maximum number of records is 4095.
[S2-GigabitEthernet0/0/1]q

[S2]dis stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    GigabitEthernet0/0/2        ROOT  FORWARDING      NONE

[S2-GigabitEthernet0/0/1]undo shutdown  //恢复接口
Apr  2 2019 14:23:12-08:00 S2 %%01PHY/1/PHY(l)[2]:    GigabitEthernet0/0/1: chan
ge status to up
Apr  2 2019 14:23:14-08:00 S2 DS/4/DATASYNC_CFGCHANGE:OID 1.3.6.1.4.1.2011.5.25.
191.3.1 configurations have been changed. The current change number is 8, the ch
ange loop count is 0, and the maximum number of records is 4095.
[S2-GigabitEthernet0/0/1]dis stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    GigabitEthernet0/0/1        ROOT  FORWARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/2        DESI  FORWARDING      NONE

当网络拓扑发生改变时,RSTP采用P/A机制根端口快速切换机制使端口状态立即从Discarding状态进入到Forwarding状态,缩短了收敛的时间,减少了对网络通信的影响。

3.边缘端口的配置

生成树的计算主要发生在交换机互连的链路上,而连接PC的端口没有必要参与生成树的计算。

现在将交换机上连接PC的接口配置为边缘端口,使用stp edged-port enable命令开启边缘端口的功能。

现在将S4交换机的E0/0/1接口先关闭在开启,观察端口状态的变化。

[S4-Ethernet0/0/1]shutdown 
[S4-Ethernet0/0/1]undo shutdown 
[S4-Ethernet0/0/1]dis stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  DISCARDING      NONE     //现在是Discarding状态,接口会在15s后进入Learning状态
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               ALTE  DISCARDING      NONE
[S4-Ethernet0/0/1]dis stp brief
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  LEARNING        NONE   //现在是Learning状态,接口最终会在15s后进入Forwarding状态
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               ALTE  DISCARDING      NONE
[S4-Ethernet0/0/1]dis stp brief
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               ALTE  DISCARDING      NONE

经过上述的过程,将会发现一个接口如果参与生成树的计算,要经过Discarding和Learning状态,经过30s的时间最终进入到转发状态。

[S4-Ethernet0/0/1]stp edged-port enable   //开启边缘端口的功能
[S4-Ethernet0/0/1]shutdown 
[S4-Ethernet0/0/1]undo shutdown

[S4-Ethernet0/0/1]dis stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               ALTE  DISCARDING      NONE
//此时接口立即进入到转发状态,没有30s的延迟。

在使用RSTP的环境中,可以在交换机上把连接PC路由器防火墙的端口都配置成边缘端口,边缘端口能降低中端设备访问网络需要等待的时间,已至提高网络的可用性。

4.备份端口状态的查看

实验拓扑中S3和S4之间通过一个Hub设备连接,而且S3的E0/0/4通过Hub与S4连接。

在S3上查看生成树的信息。

[S3]dis stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/4               BACK  DISCARDING      NONE    //备份端口

此时的S3中E0/0/3为指定端口,E0/0/4为备份端口。现在将E0/0/3接口关闭掉,观察备份端口的变化。

[S3]dis stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/4               BACK  DISCARDING      NONE
[S3]dis stp brief
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/4               DESI  LEARNING        NONE
[S3]dis stp brief
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/4               DESI  FORWARDING      NONE

可以观察到,两个接口连接在同一个Hub上,当E0/0/3接口关闭后,E0/0/4会成为新的指定端口,指定交换机仍是S3,S3仍然为Hub所在的网段提供访问其他交换机的数据访问路径。

RSTP协议的收敛很快,所以替代端口会立即成为根端口。

5.在RSTP中,Alternate端口和Backup端口角色所对应的最终端口都是Discarding。

区别Alternate端口用于为根端口做备份,而Backup端口用于本交换机上的指定端口做备份。当相应的根端口或指定端口断掉后,备份端口会立即承担原有的根端口或指定端口的角色,开始转发数据。

 

 

 

 

 

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