第4章 生成树协议

第4章生成树协议和链路聚合当我们进行网络拓扑结构的设计和规划时，冗余常常是我们考虑的重要因素之一。

冗余的重要性体现在它可以帮助我们避免网络出现单点故障，能够自动进行灾难恢复，最大限度地减少由于网络故障所带来的损失，提高网络的稳定性。

然而，在交换网络中，我们在实现冗余的同时，几乎一定会出现环路，交换环路很容易引起广播风暴、多帧复制和MAC地址表不稳定等问题，这些问题同样可能导致网络不可用。

为了解决交换环路带来的问题，生成树协议可以逻辑地阻塞一些交换机的端口，使具有环路的网络在逻辑上变成树形的网络结构；而链路聚合技术是将交换机的多个端口捆绑成一条高带宽链路，同时通过几个端口进行链路负载均衡，既实现了网络的高速性，也保证了链路的冗余性。

学习完本章，要达到以下目标：●了解在网络中实现冗余的重要性●理解交换环路对网络的影响●掌握生成树协议的工作原理●掌握快速生成树协议和多生成树协议的基本原理●掌握生成树协议的配置●了解链路聚合的作用●理解链路聚合的工作原理●掌握链路聚合的配置4.1冗余和交换环路问题4.1.1 冗余对于网络的重要意义如今的企业，越来越依赖于计算机网络来组织和实施企业的生产活动。

一旦网络出现故障，企业就会面临生产无法协调、不能按合同交付产品、客户满意度下降等损失。

所以企业对网络的可靠性要求非常高。

他们希望网络能不间断地运转，如果一旦网络出现故障，也希望故障时间在一年内不超过几分钟。

如此高可靠性要求，质量再好的网络产品也难以保证，所以既能容忍网络故障，又能够从故障中快速恢复的网络设计是必要的。

冗余正好可以最大限度地满足这个要求。

冗余的目的是减少网络因单点故障引起的停机损耗。

如图4-1所示。

网段A网段B图4-1 单点故障：网段A和网段B之间无法互相访问在图4-1中，网段A和网段B之间只有一条链路连接，一旦线路出现问题，比如断路或者接头损坏，网段A和网段B之间就无法互相访问了，这种故障就是单点故障。

生成树协议书原理甲方（以下简称“甲方”）：地址：法定代表人：乙方（以下简称“乙方”）：地址：法定代表人：鉴于甲方拥有生成树技术的知识产权及相关技术成果，乙方具有实施该技术的能力与需求，双方本着平等互利的原则，经友好协商，就生成树技术的应用与推广达成如下协议：第一条技术授权1.1 甲方同意将其拥有的生成树技术授权给乙方使用。

1.2 授权范围仅限于本协议约定的地域和领域内。

1.3 乙方应严格按照甲方提供的技术规范和操作手册进行操作。

第二条授权期限2.1 本协议授权期限自本协议签订之日起至____年____月____日止。

2.2 若双方同意延长授权期限，应于授权期限届满前____个月书面通知对方。

第三条技术资料与支持3.1 甲方应向乙方提供完整的技术资料，包括但不限于技术手册、操作流程等。

3.2 甲方应提供必要的技术支持，协助乙方解决技术实施过程中的问题。

第四条保密条款4.1 双方应对本协议内容及在合作过程中知悉的对方商业秘密予以保密。

4.2 未经对方书面同意，任何一方不得向第三方披露、泄露或允许他人使用上述保密信息。

第五条费用与支付5.1 乙方应向甲方支付技术使用费，具体金额为____元。

5.2 支付方式为____（如：一次性支付、分期支付等）。

5.3 支付时间点为____（如：合同签订后____天内、每季度初等）。

第六条违约责任6.1 如一方违反本协议约定，应承担违约责任，并赔偿对方因此遭受的损失。

6.2 违约方应支付违约金，金额为违约行为发生时技术使用费的____%。

第七条争议解决7.1 双方因履行本协议所发生的任何争议，应首先通过友好协商解决。

7.2 如协商不成，任何一方可将争议提交至甲方所在地人民法院通过诉讼方式解决。

第八条其他8.1 本协议的修改和补充应以书面形式进行，并经双方授权代表签字盖章后生效。

8.2 本协议未尽事宜，双方可另行协商确定。

本协议一式两份，甲乙双方各执一份，具有同等法律效力。

生成树协议书样本甲方（全称）：_____________________地址：___________________________法定代表人：_____________________职务：___________________________联系电话：_______________________电子邮箱：_______________________乙方（全称）：_____________________地址：___________________________法定代表人：_____________________职务：___________________________联系电话：_______________________电子邮箱：_______________________鉴于甲方和乙方在平等、自愿的基础上，就合作事宜达成如下协议：第一条协议目的1.1 本协议旨在明确甲乙双方在生成树技术合作项目中的权利、义务和责任，以促进双方的共同发展。

第二条合作内容2.1 甲方同意向乙方提供生成树技术，并协助乙方进行技术实施。

2.2 乙方同意按照本协议的约定，支付相应的技术使用费用，并保证技术的正确使用。

第三条技术提供与实施3.1 甲方应保证所提供的生成树技术符合国家相关法律法规的要求，并具备相应的技术成熟度。

3.2 乙方应提供必要的技术支持和人员配合，确保技术实施的顺利进行。

第四条费用与支付4.1 乙方应按照本协议约定向甲方支付技术使用费，具体金额为：__________。

4.2 技术使用费的支付方式为：__________。

4.3 乙方应在规定的时间内完成支付，逾期支付应承担相应的违约责任。

第五条知识产权5.1 甲方保证所提供的生成树技术不侵犯任何第三方的知识产权。

5.2 双方应共同维护技术成果的知识产权，未经对方书面同意，任何一方不得擅自使用、转让或许可第三方使用。

第六条保密条款6.1 双方应对在合作过程中知悉的商业秘密和技术秘密予以保密，未经对方书面同意，不得向第三方披露。

生成树协议随着计算机网络技术的不断发展，分布式系统的应用越来越广泛，网络的规模也越来越大，因此在网络中维护一个联通的通信图形结构成为了一个重要的问题。

而生成树协议（Spanning Tree Protocol，STP）就是为了这个问题而存在的。

本文将介绍生成树协议的概念、实现原理和应用。

一、生成树协议的概念生成树协议是一种用于将网络拓扑结构从存在环路的状态转换为不存在环路的状态，并且维护网络可靠的协议。

它通常在局域网中应用，以防止数据包在网络中出现广播风暴和死循环。

生成树协议在广泛应用的同时，也是OSI模型中的第二层协议，即数据链路层协议。

生成树协议的基本原理是利用广播风暴抑制机制，避免数据包在局域网中的广播造成的网络过载和死循环的情况。

生成树协议通过选举一个根桥，以及一些辅助的桥来构造生成树，生成树是一种逻辑拓扑结构，它根据某种算法从所有桥之间的物理拓扑图中抽象出来的一个具有连接桥的最小树形结构。

二、生成树协议的实现原理1、生成树协议的选举生成树协议中的根桥和辅助桥都需要选举，选举的基本原则是桥的优先级和MAC地址。

MAC地址越小的桥优先级越高，因为MAC地址是唯一的，而桥的优先级则是可配置的，也是一种参数。

根据这两个参数，生成树协议就可以完成根桥和辅助桥的选举工作。

2、生成树协议的生成树计算在生成树协议中，除了根桥以外，其它所有桥都是辅助桥，辅助桥的主要作用是在生成树计算过程中帮助根桥完成生成树的计算。

它们通过交换BPDU（Bridge Protocol Data Unit）来共同维护生成树的稳定。

3、BPDU交换BPDU是生成树协议中用于交换信息的最小单位。

每个桥在计算生成树的时候，会将自己的状态和生成树状态发送给相邻桥，以此来构造生成树。

BPDU的格式包括一些控制信息，如协议版本、优先级、桥标识符和端口标识符等。

在生成树计算过程中，桥不断地发送、接收和处理BPDU，以此来维护生成树的状态。

生成树协议的概念生成树协议（Spanning Tree Protocol, STP）是一种用于在计算机网络中实现环路消除和冗余路径删除的协议。

生成树协议在局域网中起到了非常重要的作用，有效地提高了网络的稳定性和可靠性。

本文将详细介绍生成树协议的概念、原理和工作过程，并探讨其在网络中的应用。

生成树协议的概念：生成树协议是一种通过选择网络中的某些连线来构建一棵树状的拓扑结构，以消除环路并实现冗余路径删除的协议。

在局域网中，如果多个交换机之间存在重复的链路，数据包可能会在链路之间循环传播，导致网络拥塞和数据丢失。

生成树协议通过选择一条主链路以及一系列备份链路，来确保数据包的顺利传输和网络的稳定性。

生成树协议的原理：生成树协议的原理基于图论中的最小生成树算法。

在一个局域网中，多个交换机之间会形成一个图的结构，其中每个交换机对应一个节点，链路对应边。

生成树协议通过计算网络拓扑的最小生成树，确定一条主链路和一系列备份链路，使得网络中的所有节点都能够通过主链路直接或间接地与根节点相连，同时保证没有环路的存在。

生成树协议的工作过程：生成树协议的工作过程可以分为以下几个步骤：1. Bridge ID的选择：在生成树协议中，每个交换机都会有一个唯一的标识符，称为Bridge ID。

根据Bridge ID的大小决定交换机的地位，具有更小Bridge ID 的交换机会成为根交换机。

初始情况下，所有交换机都以自身为根交换机。

2. Root Bridge的选举：交换机通过比较Bridge ID的大小来选举Root Bridge，即全网中拥有最小Bridge ID的交换机。

选举的结果会广播到网络中的所有交换机，使得每个交换机都知道Root Bridge的位置。

3. 生成树的构建：所有非根交换机根据接收到的信息计算到达Root Bridge的最短路径。

生成树协议使用最小帕斯卡尔树算法（Shortest Path Bridging Tree Algorithm, SPBTA）来计算最短路径，并将非根交换机的端口按照最短路径连接到Root Bridge。

任务4 STP生成树协议一、【技术原理】STP的全称是spanning-tree protocol,STP协议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。

生成树协议现已经发展为多生成树协议和快速生成树协议(RSTP,Rapid Spanning Tree Protocol,IEEE802.1W)。

二、【任务描述】某公司有两个交换机，交换机之间通过网络互连，公司所有的计算机都连接到交换机上。

为了确保计算机之间的可靠通信，现需要对公司的交换网络作冗余备份，同时要防止广播风暴的产生。

该任务要求在交换机上配置STP，实现网络出现故障时的收敛，达到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。

三、【任务实现】1、规划拓扑结构两台Cisco 2960交换机使用两个千兆端口相连，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。

交换机之间为绿色点，表示当前处于“连通”状态交换机之间为橘红色，表示当前处于“堵塞”状态1）如果断开线路F0/1，线路F0/2会自动连通，变为绿色，即：“连通”状态。

2）如果线路F0/1恢复连通，线路F0/2又由绿色变为橘红色，即：“堵塞”状态。

（F0/1被STP设定为根桥）2、STP基本配置命令１）修改Brigde ID，重新选根网桥Switch>Switch>enableSwitch#configure terminalEnter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.Switch(config)#vlan 10Switch(config-vlan)#exitSwitch(config)#interface fastEthernet 0/5Switch(config-if)#switchport access vlan 10Switch(config-if)#exitSwitch(config)#interface range fastEthernet 0/1-2Switch(config-if-range)#switchport mode trunkSwitch(config-if-range)#exitSwitch(config)#spanning-tree mode rapid-pvst! RSTPSwitch(config)#exitSwitch#%SYS-5-CONFIG_I: Configured from console by console２）查看、检验STP（生成树协议）配置switch#show spanning-treeswitch#show spanning-tree activeswitch#show spanning-tree detailswitch#show spanning-tree interface interface-idswitch#show spanning-tree vlan vlanidSwitch#show spanning-treeVLAN0001Spanning tree enabled protocol rstpRoot ID Priority 32769Address 0010.1107.7528This bridge is the rootHello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec Bridge ID Priority 32769 (priority 32768 sys-id-ext 1)Address 0010.1107.7528Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 secAging Time 20Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------Fa0/2 Desg FWD 19 128.2 P2pFa0/1 Desg FWD 19 128.1 P2pVLAN0010Spanning tree enabled protocol rstpRoot ID Priority 32769Address 0001.422B.7177Cost 19Port 1(FastEthernet0/1)Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec Bridge ID Priority 32778 (priority 32768 sys-id-ext 10)Address 0010.1107.7528Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 secAging Time 20Interface Role Sts Cost Prio.Nbr TypeFa0/2 Desg FWD 19 128.2 P2pFa0/1 Desg FWD 19 128.1 P2pFa0/5 Desg FWD 19 128.5 P2pSwitch#show spanning-tree interface fastEthernet 0/1Vlan Role Sts Cost Prio.Nbr Type---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------VLAN0001 Desg FWD 19 128.1 P2pVLAN0010 Desg FWD 19 128.1 P2pSwitch#show spanning-tree interface fastEthernet 0/2Vlan Role Sts Cost Prio.Nbr Type---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------VLAN0001 Desg FWD 19 128.2 P2pVLAN0010 Desg FWD 19 128.2 P2p！Role ：作用Sts(state) ：状态Cost：花费Prio.Nbr：优先级Type：类型！Root ：根端口FWD（forwarding）：转发状态Altnt：替换BLK：空白！P2p:Point to point(点对点) Desg：数据Switch#SwitchB#show spanning-treeVLAN0001Spanning tree enabled protocol rstpRoot ID Priority 32769Address 0010.1107.7528Cost 19Port 1(FastEthernet0/1)Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 secBridge ID Priority 32769 (priority 32768 sys-id-ext 1)Address 0090.21A7.AD27Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 secAging Time 20Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------Fa0/1 Root FWD 19 128.1 P2pFa0/2 Altn BLK 19 128.2 P2pVLAN0010Spanning tree enabled protocol rstpRoot ID Priority 0Address 0001.4223.0016Cost 19Port 1(FastEthernet0/1)Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 secBridge ID Priority 32778 (priority 32768 sys-id-ext 10)Address 0090.21A7.AD27Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 secAging Time 20Interface Role Sts Cost Prio.Nbr TypeFa0/1 Root FWD 19 128.1 P2pFa0/2 Desg FWD 19 128.2 P2pFa0/5 Desg FWD 19 128.5 P2pSwitchB#SwitchB#show spanning-tree interface fastEthernet 0/1Vlan Role Sts Cost Prio.Nbr Type---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------VLAN0001 Root FWD 19 128.1 P2pVLAN0010 Root FWD 19 128.1 P2pSwitchB#show spanning-tree interface fastEthernet 0/2Vlan Role Sts Cost Prio.Nbr Type---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------VLAN0001 Altn BLK 19 128.2 P2p ! Altn:t：替换端口VLAN0010 Desg FWD 19 128.2 P2pSwitchB#3）STP与VLAN负载均衡配置配置负载均衡后，每个VLAN有自己的根网桥。

生成树使用的协议生成树使用协议甲方（以下简称“使用方”）：姓名/名称：____________________________地址：_________________________________联系人：_____________________________电话：______________________________身份证/注册号：________________________乙方（以下简称“提供方”）：姓名/名称：___________________________地址：_______________________________联系人：_____________________________电话：______________________________身份证/注册号：________________________鉴于：1. 提供方是一家拥有生成树技术的公司，具有在中国境内提供该技术服务的资格和能力。

2. 使用方希望与提供方合作，使用生成树技术，并按照协议约定对该技术进行合法使用和保护。

为此，双方经过友好协商，达成如下协议：一、双方权利与义务1.1 提供方的权责：（1）提供生成树技术服务，包括但不限于实现生成树算法，提供API等。

（2）按照协议约定向使用方提供技术服务，保证技术服务的正常运行。

（3）如有技术问题，及时回应使用方的请求，协助解决问题。

1.2 使用方的权责：（1）对生成树技术的使用，应符合中华人民共和国法律法规的要求，不得用于任何违法违规的行为。

（2）确定技术使用目的，比如电力网、水利工程等。

（3）确定技术使用范围，包括使用环境、使用人员等。

（4）保护技术服务的安全性，如用于网络上，应采用相应的安全措施，以防止技术服务被滥用、篡改或破坏。

（5）如有技术问题，向提供方及时反馈，并按照协议约定向提供方支付相应的费用。

1.3 双方违约责任：（1）如一方违反了协议约定，导致另一方发生损失，应承担全部责任。

第四章：网络交换机主要技术本章将具体阐述网络交换机的两个灵魂技术：STP和VLAN。

对于现在所有的网络交换机而言，如果没有STP和VLAN这两个技术在里面，那么这个交换机就不能称之为交换机，这样的交换机就等价于HUB，没有任何的可管理性，就属于低档产品了。

由于现有的一些交换机技术的国际标准都是源用于网桥，所以本章在阐述中将以网桥来进行描述。

4.1生成树协议（STP）生成树是一个交换网络中检测消除冗余链路以防止出现环的一个协议。

如果不运行STP，帧有可能会在网络中循环发送，流量极剧升高，最后使整个网络彻底瘫痪。

STP最初是一个较慢的基于软件实现的一个桥接规范(IEEE802.1D)，现在已经是一个相当成熟的协议了，可以在一个具有多VLAN、大量交换机、多厂商的复杂环境中很好的实施。

在现在的每台交换机上，生成树算法是一个最为基本，也是最为关键的一个技术！在交换机中靠软件实现完成。

4.1.1 基本概述生成树算法，最早是1984年由Digital公司Radia Perkman开发的一个协议，是用在桥接技术上的，用它来为某个扩展局域网找出生成无环的树。

在Radia Perkman所著的《An Algorithm for Distributed Computation of a Spanning Tree in an Extended LAN》一书提出了该概念。

在1993年的ANSI/IEEE 802.1 STD标准中第一次引入正式成为了一个协议。

后来在1998年的IEEE 802.1D中完善了该协议。

在2000年版的IEEE 802.1-d-D4中又增加了一个基于STP的改进的新协议RSTP（Rapid STP,快速生成树算法），在最近2年内又有了一个新的概念叫做MSTP(Multi STP,多生成算法)，同时相应的标准草案为IEEE 802.1S。

生成树的基本思想：把形成环路的一些端口屏蔽掉，不进行转发帧。