【HCIP学习】RSTP和MSTP

一、RSTP(Rapid Spanning Tree Protocol,快速生成树)

1、背景:RSTP从STP发展而来,具备STP的所有功能,可以兼容stp运行

2、RSTP与STP不同点

(1)减少端口状态

STP:disabled\blocking\listening\learning\forwarding

RSTP:

discarding:不发送配置BPDU,不进行MAC地址学习,不收发数据

learning:发送配置BPDU,进行MAC地址学习,不收发数据

forwarding:发送配置BPDU,进行MAC地址学习,收发数据

(2)增加端口角色

STP:指定端口、根端口、阻塞端口

RSTP:

根端口:

指定端口:

Alternate端口:替代端口,根端口的备份

Backup端口:备份端口,指定端口的备份

总结:有替代端口后,就算网络拓扑发生变化,也不会发生重新选举STP的情况,白白浪费30秒

(3)BPDU格式不同

RSTP中:

协议版本ID变为2;

BPDU type变为2;

使用了Flag字段的全部8位,而STP只使用了0号和7号两位;

增加version  1 length字段;(为了兼容STP)

(4)BPDU处理方式不同

每台交换机都能从指定端口发出RST BPDU,发送周期为hello time。不需要等待来自根桥的RST BPDU;

RST BPDU老化时间(max age)为3个连续的hello time时长;

阻塞状态收到低优先级RST BPDU的处理:会立即做出回应;

分析:当SWB和SWA的链路down时,SWB就暂时收不到来自根桥的RST BPDU,此时它认为自己是根桥。会向SWC发送RST BPDU告知自己是根桥,SWC收到后就很惊讶,明明根桥好着呢,然后会向SWB发送RST BPDU告知它,SWA是根桥。这就是阻塞状态收到低优先级RST BPDU的处理:会立即做出回应;

举例:相当于皇帝和太子的关系。有一天太子找不到皇帝了,就给大臣说

太子:皇帝不在了,现在我要登基了,我就是皇帝

大臣:听到后很惊讶,这皇帝不是好好的吗?得赶紧告诉太子这个消息。

(5)当网络拓扑发生变化时,RSTP可以更快地恢复网络连通性

3、RSTP的快速收敛机制

(1)边缘端口机制:

定义:直接和终端相连的端口

边缘端口可以直接进入转发状态,不需要延时,并不会触发拓扑改变,不会成环;

边缘端口收到BPDU后,会转变为非边缘端口,重新参与生成树计算;

(2)根端口的快速切换

根端口故障后,如果新的根端口对端的指定端口处于转发状态,则新的根端口立即进入转发状态,不需要向stp一样等30秒切换时间

过程:

网络收敛好后:(被阻塞的口是AP,根端口的替代端口)

当SWA和SWC之间的链路故障时:

(3)指定端口的快速切换--P/A机制

握手请求报文:proposal

握手回应报文:agreement

sw1新增链路或故障链路恢复,指定端口进入转发状态前,向对端sw2发送proposal报文(把P位置位为1的BPDU报文);

sw2收到proposal报文后,立刻进行同步操作,即把除了边缘端口和收到p置位的BPDU报文端口外,其他所有端口阻塞掉,同时防止临时环路;

同步完成后,向对端sw1发送Agreement报文;

收到Agreement报文后,sw1的指定端口进入转发状态;

sw2上被同步阻塞的端口继续进行P/A流程,直至整个网络收敛

临时环路的产生:

分析:sw2收到proposal报文后,立刻进行同步操作,即把除了边缘端口和收到p位置的BPDU报文端口外,其他所有端口阻塞掉。如果不阻塞掉,假设SW3和SW1相连,会在物理上形成一个环路

注:根和指定端口的快速切换有一个共同点:根端口选举好后,会跳过listening和learning,直接进入forwarding

RSTP故障切换时间一般是1秒左右

4、RSTP拓扑改变机制

(1)STP与RSTP拓扑改变机制区别

STP需发TCN BDPU到根桥,由根桥发送TC置位的BPDU报文给其他交换机,而RSTP是直接发送TC置位的 BPDU报文给其他交换机;

收到TC置位的BPDU,RSTP清除其他所有端口学习的MAC地址,而stp是缩短老化时间;

(2)注意:由于每台交换机都可以主动发起RST BPDU,所以取消了TCN机制

5、RSTP和STP的兼容

RSTP端口连续三次收到版本为STP的BPDU,则端口协议直接切换到stp协议;

切换成STP协议的RSTP端口将丧失快速收敛特性;

出现stp与rstp混用的情况,建议将stp设备放在网络边缘;

运行stp协议网桥移除后,由RSTP模式切换到stp模式的端口仍将运行在stp模式;

6、基本配置

【h3c】stp global enable   全局模式下,开启STP功能

【H3c-ethernet0/1】undo stp enable  如果确定某个端口不会存在环路,就可关闭该接口的STP功能

【h3c】stp mode{stp|mstp|rstp|pvst}  配置生成树的模式

【H3c-ethernet0/1]stp edged-port    配置边缘端口

【H3c-ethernet0/1]stp cost cost值   配置端口的COST值

【h3c】stp priority  优先级值

【h3c】stp pathcost-standard {dot1d-1998|dot1t|legacy}  改端口的开销标准

【h3c】stp timer hello 配置hello时间

hello time时间过长会造成,生成树计算消耗,对链路故障迟缓

hello time时间过短,会造成频繁发送配置消息,加重CPU和网络的负担

【h3c】stp timer max-age 时间

max age时间过长会造成,对链路故障迟缓,不能及时被发现;

max age时间过短会造成,在网络拥塞的时候交换机误认为链路故障,造成频繁的生成树重新计算;

【h3c】stp timer forward-delay 时间

时间过长会造成,生成树收敛太慢;

时间过短会造成,在拓扑改变的时候,引入暂时的路径环路;

二、MSTP(Multiple Spanning Tree Protocol,多生成树协议

1、MSTP产生的背景

STP与RSTP的局限:

两个都是单一生成树,所有VLAN共享一颗生成树,造成资源浪费;

无法实现不同VLAN在多条trunk链路上的负载分担;

2、定义:基于实例计算出多颗生成树,实例间实现负载分担

3、MSTP基本概念

MSTP分区域的好处:每个区域独立计算自己的生成树,减少网络拓扑层次,生成树计算时间大幅度缩短,方便每个区独立管理;

MST域:拥有相同MST配置标识的交换机构成的集合,划区域可加快收敛速度和方便管理,相同域的必要条件;

IST:内部生成树,默认存在,每个MST域独立计算的内部生成树实例

CST:公共生成树,默认存在。用来互联MST域的单生成树(把每个MST域作为一台交换机,计算出生成树实例)

CIST:公共内部生成树,默认存在。CST+每个域内部IST。

            实例0:默认所有VLAN都映射在实例0

MST:手动创建的生成树实例,只在一个区域内有效

CIST域根:每个IST的根网桥

CIST总根:整个CIST的根网桥

master端口:CST的根端口,单域MSTP中不可能存在Master端口,多域MSTP中,根域不可能存在Master端口,其他域只有一个;

MSTP 与RSTP的端口角色一样,新增了一个master端口

思考:只有一个域,还存在master端口吗?

答案:不存在

4、MSTP的BPDU格式=RST BPDU+MST专有字段(了解)

5、MSTP计算过程(了解)

先选举总根,再选举域根;

CIST和MST的计算是同步进行的;

在对比优先级向量时,先对比外部向量,再对比内部向量;

MSTP计算结果

6、MSTP中的P|A机制

上游桥发送proposal BPDU中,P、A标志位都置为1;

下游收到P标志位和A标志位的proposal BPDU,再将端口同步后会回应Agreement BPDU,此时A标志位为1,使得上游的定端口快速进入转发状态

特殊情况:SW1给SW2发送  P置位的BPDU,但SW2只认识P、A都置位的BPDU,所以这种情况下P/A机制失败了。失去了快速收敛的特性,只能通过30秒STP计算收敛网络。

解决RSTP和MSTP的P/A机制不兼容问题:

7、MSTP兼容性

当上游交换机是RSTP(根桥),当RSTP做快速转发时,只能发送P置位为1的BPDU报文,而下游的MSTP收到后,不会有任何反应,因为MSTP需要p|A双置位,会导致上游交换机收不到回复,不能进行P|A机制,不能快速收敛,只能等30秒收敛;

解决MSTP与RSTP兼容性用此命令:在下游设备设置【sw1-ethernet0/1】stp no-agreement-check;

【sw1-ethernet0/1】stp compliance{auto|dot1s|legacy}   配置MSTP的兼容性

auto  自动识别

dot1s  标椎格式

Legacy  与非标准格式兼容的格式

摘要侦听:

 全局开启:[h3c]stp config-digest-snooping

端口开启:[h3c-ethernet1/0/1]stp config-digest-snooping

其他厂商设备可能用私有秘钥计算配置摘要

开启摘要侦听使设备不再对比配置摘要,但会导致,只要域名和修订级别一致,VLAN映射关系不一致,也能属于同一个域

三、STP保护机制

1、BPDU保护:

针对边缘端口的保护:

技术背景:若边缘端口收到配置消息,将会转变为非边缘端口新参与生成树计算;使用pc伪造的BPDU报文恶意攻击,将导致频繁参与生成树计算,导致网络不稳定。

措施:启动BPDU保护功能后,如果边缘端口收到了配置消息,MSTP就将这些端口自动关闭。

配置命令:

[sw1]stp bpdu-protection

[sw1-ethernet1/0/1]stp edged-port

2、根桥保护:

技术背景:合法根桥收到优先级更高的BPDU,将失去根桥的角色,并重新引起STP计算

解决方案:设置根桥保护端口,一旦收到优先级更高的BPDU,则立刻将端口设置为lestening状态,不再转发。

配置命令:[sw1-ethernet1/0/1]stp root-protection

3、环路保护:

技术背景:环形链路拥塞,导致没及时收到BPDU,从而重新计算STP、开启阻塞端口,形成逻辑环路

解决方案:配置环路保护端口,当接受不到对端交换机的BPDU时,若端口参与了STP计算,则该端口进入discarding状态。

配置命令:[sw1-ethernet1/0/1]stp loop-protection

4、TC保护:

技术背景:在有伪造的TC BPDU报文恶意攻击设备时,设备短时间会收到很多TC BPDU报文,频繁的删除操作会给设备带来很大负担,给网络的稳定带来很大隐患。

解决方案:

设置设备在收到TC BPDU报文后的10秒内,记性地址表项删除操作的最大次数;

监控在该时间内收到的TC BPDU报文树是否大于门限值;

配置命令:

[sw1]stp tc-protection

[sw1]stp tc-protection threshold 数目

四、MSTP实验

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