RSTP基础配置

RSTP基础配置

原理低述
IEEE于2001年发布的802.1标准定义了RSTP (Rupid Spanning-Tree Pocol, 快速生成树协议)。该协议基于STP协设。对原有的STP协谈进行了更加细数的修改 和补充。
STP协议风然能够解决环路问题。但是也存在一些不足。 比如STP没有细致区分端 口状志和端口角色:其次STP端口状志共有5种。印Discerding. Blodking. Litenirg. . Laming和Forsarding,收敛较慢。而且.对于用户来说Listening. Laning和Bloding 状志并没有区别。都不特发流量。根据STP的不足。RSTP 做出了改进。
RSTP新增加了2种端口角色。其端口角已共有4片:根唱口。指定墙口。Aternate 端口和Backup 端口。根端口和指定嘴口的作用与STP协设中相问，Ahenate 嘴口和 Backup端口的描述如下:
■Alkemate 嘴口就是由于学习(Lanie)到其他网桥发送的配置BPDU报文而阻 塞的场口。Alenste 端口畏供了从指定骨到慢的另一每可切换路程。作为极端口的各份 端口:
■Backup端口就是由于学习到自身发迁的配置BPDU报文而阳本的星口。Bachp 端口作为指定端口的各份。提供了另一条从根桥到相应网段的各份退路。
RSTP把原来的s种状志缩减为3种.根据端口是否转发用户选量和学习MAC地址 来划分:如果不转发用户流量也不学习MAC地址。那么嘴口状志就是Discrding状态: 如果不转发用户流量但是学习MAC地址。那么第口状志就是Lesming状古:如果既转 发用户流量又学习MAC地址。那么增口状志就是Forsarding状态。
RSTP的快速收敛机制可分为以下3种。

■ProposalAgremnent机制:当一个端口被选举成为指定端口之后。在SIP中。 该 场口至少要等特一个Forvard Delay (Learing) 时间才会迁移到Fonarding状态。而在 RSTP中。此省口会先进入Dbcndng状5。再通过PropoalAgocmet机制(可简称“PA 机制7)快速进入Forwarding状志。这种机制必项在点到点全双工链路上使用:
■极端口快速切换机制:如果网络中一个根暗口失效。那么网络中最优的Alecmate 端口将成为根端口.进入Forsarding状志。因为通过这个Alemle端口连接的网段上必然有个指定嘴口可以通往根析。
■边缘墙口的引入:在RSTP星面.如果某一 个指定嘴口位于整个网络的边续。 印不再与其他交换设备连接。而是直接与共喝设备直连。这种端口叫做边缘端口。边 缘墙口不接收处理配置BPDU.不参与RSTP运算.可以由Dissble直按转到Forvarding 状态。且不经历时延。就像在端口上将STP禁用。但是一旦边缘端 口收到配置BPDU, 就丧失了边缘嘴口属性。成为普酒SIP端口。并重所进行生成树计算，从面引起网络 震蒋。

实验内容
本实验视拟公司网络场景。S3和S4是接入层交换机。负责用户的接入。SI和S2 是汇聚层交换机。四台交换机组成一卡环形网络。为了防止网络中出现环路。产生网络 风琴。所有交换机上都需要运行生成树片设。同时为了加快网络收数速度。网络管理员 选择使用RSTP协议。且使得性能较好的S1为极交换机。S2 为改极交换机。并配置边 缘耀口进- 步优化公司网络。

1.基本配置

根据实验编址表进行相应的基本IP地址配置，并使用ping命令检测各直连链路的连通性。PC-1 的配置如图4-4所示，PC-2 的配置方法相同，此处省略。
配置完成后，测试主机间的连通性

PC>ping 10.1.1.2
Ping 10.1.1.2: 32 data bytes, Press Ctrl_C to break
From 10.1.1.2: bytes=32 seq=1 ttl=128 time=110 ms
From 10.1.1.2: bytes=32 seq=2 ttl=128 time=157 ms
From 10.1.1.2: bytes=32 seq=3 ttl=128 time=157 ms
From 10.1.1.2: bytes=32 seq=4 ttl=128 time=171 ms
From 10.1.1.2: bytes=32 seq=5 ttl=128 time=172 ms

2.配置RSTP基本功能

在汇聚层交换机S1、S2 及接入层交换机S3、S4上，把生成树模式由默认的MSTP改为RSTP。由于华为交换机上默认即开启了MSTP,故只需修改生成树模式即可。

[SW1]stp mode rstp
Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.

[SW2]stp mode rstp 
Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.    

[SW3]stp mode rstp 
Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.

[SW4]stp mode rstp 
Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.

配置完成后，在交换机S1、S2. S3和S4.上都使用display stp命令去查看生成树的模式及根交换机的位置。

[SW1-cluster]display stp
-------[CIST Global Info][Mode RSTP]-------
CIST Bridge         :32768.4c1f-cc9e-500e
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-cc07-43b7 / 20000
CIST RegRoot/IRPC   :32768.4c1f-cc9e-500e / 0

[SW2]display stp
-------[CIST Global Info][Mode RSTP]-------
CIST Bridge         :32768.4c1f-cc07-43b7
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-cc07-43b7 / 0
CIST RegRoot/IRPC   :32768.4c1f-cc07-43b7 / 0

[SW3]display stp
-------[CIST Global Info][Mode RSTP]-------
CIST Bridge         :32768.4c1f-cc55-34c0
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-cc07-43b7 / 220000
CIST RegRoot/IRPC   :32768.4c1f-cc55-34c0 / 0

[SW4]display stp 
-------[CIST Global Info][Mode RSTP]-------
CIST Bridge         :32768.4c1f-ccfd-257d
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-cc07-43b7 / 200000
CIST RegRoot/IRPC   :32768.4c1f-ccfd-257d / 0

上述信息中，CIST Bridge是交换机自己的ID,而CIST Root是根交换机的ID.根交换机是交换机ID最小的交换机，所以，观察可知，S4 是当前的根交换机。在RSTP构建的树形拓扑中，网络管理员需要设置汇聚层主交换机S1为根交换机，汇聚层交换机S2为备份根交换机。

[SW1]stp root primary
[SW2]stp root secondary

[SW1]display  stp
-------[CIST Global Info][Mode RSTP]-------
CIST Bridge         :0    .4c1f-cc9e-500e
Config Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
Active Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
CIST Root/ERPC      :0    .4c1f-cc9e-500e / 0
CIST RegRoot/IRPC   :0    .4c1f-cc9e-500e / 0
CIST RootPortId     :0.0
BPDU-Protection     :Disabled
CIST Root Type      :Primary root
TC or TCN received  :21

可以观察到，stp root primary命令修改的是交换机ID中的交换机优先级，把默认的优先级由32768改为0,所以SI的交换机ID变为最小，是Primary root,即根交换机。

[SW2]display  stp
-------[CIST Global Info][Mode RSTP]-------
CIST Bridge         :4096 .4c1f-cc07-43b7
Config Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
Active Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
CIST Root/ERPC      :0    .4c1f-cc9e-500e / 20000
CIST RegRoot/IRPC   :4096 .4c1f-cc07-43b7 / 0
CIST RootPortId     :128.1
BPDU-Protection     :Disabled
CIST Root Type      :Secondary root
TC or TCN received  :21

可以观察到，stp root secondary命令修改的也是交换机ID中的交换机优先级，把默认的优先级由32768改为4096，使S2的桥ID变为次小，是Secondary root, 即次根交换机。

[SW3]display stp
-------[CIST Global Info][Mode RSTP]-------
CIST Bridge         :32768.4c1f-cc55-34c0
Config Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
Active Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
CIST Root/ERPC      :0    .4c1f-cc9e-500e / 200000
CIST RegRoot/IRPC   :32768.4c1f-cc55-34c0 / 0


[SW4]display stp
-------[CIST Global Info][Mode RSTP]-------
CIST Bridge         :32768.4c1f-ccfd-257d
Config Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
Active Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
CIST Root/ERPC      :0    .4c1f-cc9e-500e / 220000
CIST RegRoot/IRPC   :32768.4c1f-ccfd-257d / 0

可以观察到，S3 和S4交换机的交换机优先级保持默认的32768，且都把S1当作根交换机。

[SW1]display stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    GigabitEthernet0/0/1        DESI  FORWARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/2        DESI  FORWARDING      NONE

根交换机S1上无根端口，所有端口都是指定端口。

[SW2]display  stp  brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    GigabitEthernet0/0/1        ROOT  FORWARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/2        DESI  FORWARDING      NONE

交换机S2.上的GE 0/0/1是根端口。

[SW3]display 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

交换机S3上的E 0/0/2是根端口，E 0/0/3是指定端口，而E 0/0/4是备份端口。

[SW4]display 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

交换机S4上的E 0/0/2是根端口，E 0/0/3是替代端口。
通过下面的操作，观察S2上端口的状态变化。
目前S2的GE 0/0/1端口是根端口，其他所有端口是指定端口。如果S2的根端口断 掉了，S2会选择把其他到达根交换机的端口置成根端口。RSTP协议的收敛比较快， 端口GE 0/0/2 会快速协商成为新的根端口，协商期间端口是Discarding状态，协商结 束后端口为Forwarding状态，这个过程所需要的时间非常短，这就是RSTP收敛快的 一个表现。

模拟根端口断掉的过程，把S2的GE 0/0/1 端口使用shutdown关闭，同时，使用display stp brief命令观察S2上其他端口的角色及状态的变化。

[SW2]interface GigabitEthernet 0/0/1
[SW2-GigabitEthernet0/0/1]shutdown
[SW2-GigabitEthernet0/0/1]display  stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    GigabitEthernet0/0/2        ROOT  DISCARDING      NONE

可以观察到，端口GE 0/0/2的角色还是指定端口，但状态是Discarding.再次使用display stp brief命令时，就会观察到端口的角色为根端口，且处于转发状态。

[SW2-GigabitEthernet0/0/1]display  stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    GigabitEthernet0/0/2        ROOT  FORWARDING      NONE

观察结束，恢复端口
[SW2-GigabitEthernet0/0/1]undo shutdown
[SW2-GigabitEthernet0/0/1]display stp brief
MSTID Port Role STP State Protection
0 GigabitEthernet0/0/1 ROOT FORWARDING NONE
0 GigabitEthernet0/0/2 DESI DISCARDING NONE

可以观察到， 端口GE 0/0/2的角色是指定端口，状态是Discarding.再次使用display stp brief命令时，就会观察到GE 0/0/2会经历Discarding状态回到Forwarding状态。

[SW2-GigabitEthernet0/0/1]display stp brief    
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    GigabitEthernet0/0/1        ROOT  FORWARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/2        DESI  FORWARDING      NONE

当拓扑发生变化时，RSTP 使用P/A机制和根端口快速切换机制使端口状态立即从 Discarding进入Forwarding状态，缩短了收敛的时间，减小了对网络通信的影响。

3. 配置边缘端口

生成树的计算主要发生在交换机互连的链路之.上，而连接PC的端口没有必要参与 生成树计算，为了优化网络，降低生成树计算对终端设备的影响，现在网络管理员把交 换机上连接PC的接口配置为边缘端口。
作为对比，在将S4上的E 0/0/1配置为边缘端口之前，先把端口关闭再开启，观察
端口状态的变化。

[SW4]display 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

[SW4]interface Ethernet 0/0/1
[SW4-Ethernet0/0/1]shutdown
[SW4-Ethernet0/0/1]display stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  DISCARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               ALTE  DISCARDING      NONE

可以观察到初始状态为Discarding, 15 秒之后，接口将进入Learning状态。

[SW4-Ethernet0/0/1]display stp brief
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  LEARNING        NONE
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               ALTE  DISCARDING      NONE

保持在Learning状态15s后，接口最终进入到Forwarding状态。

[SW4-Ethernet0/0/1]display stp brief
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  LEARNING        NONE
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               ALTE  DISCARDING      NONE

[SW4-Ethernet0/0/1]display 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

所以一个接口如果参与生成树计算，要经过Discarding和Learning状态，30s 后才最终进入转发状态。配置S4上连接PC的端口为边缘端口，此时生成树计算工作依然进行，但端口进入转发状态无需等待30s。

[SW4]interface Ethernet 0/0/1
[SW4-Ethernet0/0/1]stp edged-port enable

在S4.上，做同样的模拟过程，关闭E 0/0/1接口，再重新开启此端口，观察边缘端口E 0/0/1的状态变化。

[SW4-Ethernet0/0/1]shutdown
[SW4-Ethernet0/0/1]undo shutdown
[SW4-Ethernet0/0/1]display 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，接口立刻进入到Forwarding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、路由器和防火墙的端口都配 置为边缘端口，边缘端口能降低终端设备访问网络需要等待的时间，明显提高网络的 可用性。
4.查看备份端口状态
网络管理员在S3与S4之间加了- -台Hub设备，并将S3的E 0/0/4通过Hub与S4 相连。
在S3上使用display stp brief命令查看生成树信息。

[SW3]display 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

可以观察到，S3的E 0/0/3 接口为指定端口，而同交换机上的E 0/0/4 为备份端口，两个接口接到同一台Hub上，当E 0/0/3接口关闭之后，E 0/0/4会成为新的指定端口。在S3.上关闭E 0/0/3接口，通过display stp brief命令查看备份端口的状态变化。

[SW3]interface Ethernet 0/0/3
[SW3-Ethernet0/0/3]shutdown
[SW3-Ethernet0/0/3]display 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               BACK  DISCARDING      NONE

[SW3-Ethernet0/0/3]display 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


[SW3-Ethernet0/0/3]display 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，S3上的指定接口断掉后，E 0/0/4 接口角色发生变化，状态会由 Discarding、Learming 最终到Forwarding 状态，指定接口现在是E 0/0/4, 指定交换机还 是S3，S3 仍然为Hub所在的网段提供访间其他交换机的数据访问路径。
相似的过程，在S4上,接口E 0/0/2是根端口,接口E 0/0/3是替代端口, Discarding 状态。当S4的根端口E0/0/2关闭之后，接口E0/0/3会立即替代E0/0/2成为新的根 端口。

[SW4]display 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

把S4上的根端口E 0/0/2关闭掉，观察替代端口E 0/0/3的状态及角色的变化。

[SW4]interface Ethernet 0/0/2
[SW4-Ethernet0/0/2]shutdown
[SW4-Ethernet0/0/2]display stp brief
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               ROOT  FORWARDING      NONE

RSTP协议收敛很快，所以替代端口立即成为根端口。
在RSTP中，Alternate端口和Backup端口角色所对应的最终端口状态都是 Discarding.区别是Alternate端口用于为根端口做备份，而Backup端口用于为本交换机 上的指定端口做备份，所以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。
RSTP协议是对STP的升级，它重新划定端口的角色及状态，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协议后首选的生成树协议，不足之处就是在 同一网络内的交换机上所有的VLAN共用同样的拓扑，此时可以使用MSTP来优化。