思科交换机Portfast和Uplinkfast配置实验

以下内容摘自笔者编著的《网管员必读——网络测试、监控和实验》一书。

 

9.3.6 思科交换机Portfast和Uplinkfast配置

本实验的步骤很简单，只是通过反复的 ping 测试来验证在思科交换机上启用 Portfast （端口快速）和 UplinkFast （上行快速）技术前后的不同的链路状态，以达到加深对这两种技术用途的理解。本实验所用网络拓扑结构如图 9-85 所示。

图 9-85  本实验所用网络拓扑结构

1. Portfast和UplinkFast技术简介

Portfast （端口快速）和 UplinkFast （上行快速）是两个极其类似的技术，都是可以使端口从阻塞状态迅速恢复到转发状态，以达到快速收敛的目的。但 Portfast 技术可应用于所有阻塞端口，而 UplinkFast 只能应用于接入层交换机的阻塞上行端口（也就是用于级联的端口，但不一定是专门的 Uplink 端口）。

缺省情况下，假定交换机的所有端口都将与交换机或者网桥连接，所以所有端口都运行 STP 算法，即如果网络发生了变化，在端口发送数据之前要等待 50s ， 即 20s 的由 Blocking （阻塞）状态转为 Listening （侦听）状态，加上 15 的 Listening 过程，再加上 15s 的由 Learning （学习）状态转变为 Forwarding （转发）状态 。而事实上许多端口会直接连接工作站或者服务器。采用 PortFast 和 UplinkFast 技术可以让这些端口节省 Listening 和 Learning 状态的时间，立即由 Blocking 进入 Forwarding 状态。 切换时间可以在 2s ～ 4s 之间。

PortFas 和 UplinkFast 技术都是针对在启用 STP 技术后出现的一些问题（如收敛速度慢）的解决方案。它们所要解决的就是由于在端口中启用 STP 技术后，网络结构发生变化时，需要等待一定的链路侦测、学习时间，而这个时间可能导致网络不通，网络服务器工作不正常。有了 PortFast 和 UplinkFast 技术后，这些端口就可以快速地进入数据转发状态，不用等待，确保了网络的正常通信。

【注意】 PortFast 仅适用于阻塞状态端口，让阻塞端口在网络环境变化的情况下直接进入 Forwarding 状态。而该端口仍然运行 STP 协议，所以如果检测到环路，端口仍将由 Forwarding 状态变成 Blocking 状态。而 UplinkFast 技术只适用于交换机中呈阻塞状态的上行级联端口，而且 在而且该交换机上必须启动了 UplinkFast 功能，至少有一个上行级联端口处于 Blocking 的端口（即有冗余链路），链路失效也必须发生在 Root Port 上。交换机启动了 UplinkFast 后，由于提高了交换机上所有端口的路径开销，所以不适合作为根桥。

2. 实验步骤

（ 1 ）按 8.1.2 节的方法把 Boson Lab Nagivator(Boson 实验导航器 ) 中 “BCMSN” 实验项中的的 “Lab 5- Portfast and Uplinkfast” 实验包装载到 “Boson NetSim for CCNP 7” 主程序中。并且让实验包自动加载所有初始配置。

（ 2 ）首先在 P1PC1 上测试一下与 P1ASW1 交换机 VLAN11 接口（ IP 地址为 172.16.11.10 ）之间的网络是否通畅，通过前面几节的配置，结果肯定是成功的，如图 9-86 所示（注意，实验包的提示符有问题，应该为 “c>” 的，下同，不再赘述）。

C:>ping 172.16.11.10

图 9-86 在 P1PC1 上 ping P1ASW1 的结果显示

（ 3 ）在 P1ASW1 上执行以下操作，关闭与 P1PC1 连接的 fa0/5 端口， 5 秒后再激活它。此时立即再从 P1PC1 上 ping P1ASW1 ，结果是不通的，如图 9-87 所示。因为 P1ASW1 交换机上运行的 STP 在在关闭了 fa0/5 端口，再重新激活这个端口时，需要重新计算链路，需要 50 秒时间。

P1ASW1(config)#int fa0/5

P1ASW1(config-if)#shut

P1ASW1(config-if)#no shut

C:>ping 172.16.11.10

再等上 40 秒左右，再从 P1PC1 上 ping P1ASW1 ，结果又是通的，参见图 9-86 。因为此时 STP 已完成所需的所有过程，找到了新的链路。

图 9-87 重新关闭、启动 fa0/5 端口在 P1PC1 上 ping P1ASW1 VLAN11 端口的结果显示

（ 4 ）执行以下操作，在 P1ASW1 交换机的 fa0/5 端口上启用 PortFast 。再次在关闭该端口后再立即激活它，然后立即从 P1PC1 上 ping P1ASW1 ，结果是通的，参见图 9-85 。此时发现已不再需要等待即么久时间了。

P1ASW1(config)#int fa0/5

P1ASW1(config-if)#spanning-tree portfast

P1ASW1(config-if)#shut

P1ASW1(config-if)#no shut

C:>ping 172.16.11.10

（ 5 ）执行以下操作，在 P1DSW1 上创建一个 vlan_id 为 11 的 VLAN ，并创建一个 VLAN11 端口，分配 IP 地址为 172.16.11.100 ，子网掩码为 255.255.0.0 。然后激活它。

P1DSW1(config)#vlan 11

P1DSW1(config)#int Vlan11

P1DSW1(config-if)#ip add 172.16.11.100 255.255.255.0

P1DSW1(config-if)#no shut

（ 6 ）在 P1DSW1 交换机上，把连接 P1ASW1 的两个端口（ fa0/1 和 fa0/2 ）加入到 VLAN 11 中，并启用 trunk 。

P1DSW1(config)#int fa0/1

P1DSW1(config-if)#switchport mode trunk

P1DSW1(config-if)#switchport access vlan 11

P1DSW1(config)#int fa0/2

P1DSW1(config-if)#switchport mode trunk

P1DSW1(config-if)#switchport access vlan 11

（ 7 ）执行以下操作，在 P1ASW1 上显示 VLAN 11 的 STP 配置信息，结果显示如图 9-88 所示。从中可以看出，除了初始配置中 fa0/5 加入到了 VLAN 11 中外，通过 trunk 技术，在与相边的 P1DSW1 上把 fa0/1 和 fa0/2 加入到 VLAN 11 后， P1ASW1 交换机上的对应端口也加入到了 VLAN 11 中。

show spanning-tree vlan 11

（ 8 ）在 P1PC1 上执行以下操作，测试到 P1DSW1 交换机的 VLAN11 接口（ IP 地址为 172.16.11.100 ）之间的网络连接，结果是通的，如图 9-89 所示

图 9-88  在 P1DSW1 上启用 trunk 后，在 P1ASW1 上显示的 VLAN 11 配置信息

图 9-88  在 P1PC1 上 ping P1DSW1 交换机 VLAN11 接口的结果显示

（ 9 ）执行以下操作，在 P1ASW1 中把连接到 P1DSW1 交换机的 fa0/1 端口（ P1ASW1 与 P1DSW1 采取了冗余连接，除了 fa01/ 端口外，还有一条 fa0/2 之间的连接）设为阻塞状态。在 STP 协议重新计算的过程中，立即从 P1PC1 上 ping P1DSW1 ，结果不是通的。等一段时间再 ping ，看需要等待多少时间才能 ping 通，从这里可以看出交换机的 STP 协议收敛时间了。

P1ASW1(config)#int fa0/1

P1ASW1(config-if)#shut

C:>ping 172.16.11.100

（ 10 ）重新打开上一步关闭的 fa0/1 端口，并在其上启用 uplinkfast 技术，再从从 P1PC1 上 ping P1DSW1 交换机，此时结果是通的。

P1ASW1(config)#int fa0/1

P1ASW1(config-if)#no shutn

P1ASW1(config)#spanning-tree uplinkfast

C:>ping 172.16.11.100

（ 11 ）执行以下操作，再次把 P1ASW1 中把连接到 P1DSW1 交换机的 fa0/1 端口设为阻塞状态。同样，再次立即从 P1PC1 上 ping P1DSW1 ，结果不是通的。从中可以以到启用 uplinkfast 技术后， STP 收敛的时间大为缩短。

P1ASW1(config)#int fa0/1

P1ASW1(config-if)shut

C:>ping 172.16.11.100

总结：通过本实验我们学习了如何在端口上启用 portfast 和 uplinkfast 技术，并从中学习到这两种技术的用途所在。本实验所用命令如表 9-7 所示。

表 9-7   本实验所用主要命令列表

命令	描述
show spanning-tree vlan vlan_id	查看指定 VLAN 中是否在运行 STP 协议 s
Spanning-tree vlan vlan_id priority priority	设置根桥的选举优先级
Spanning-tree vlan vlan_id {root {primary | secondary} | {priority priority }	强制交换机成为某 STP 实例的根桥
Spanning-tree portfast	在端口上启用 portfast 技术
Spanning-tree uplinkfast	在级联端口上启用 uplinkfast 技术