Семинар № 4 stp&rstp v1.4

Семинар № 4

STP & RSTPили сказ о том,

что мы когда-то знали,но успешно позабыли

Никитин Станислав

Test yourself

00:00

Test yourself

ВРЕМЯ:

STP?

Test yourself

•1. E•2. A, D•3. E•4. D•5. B

•6. D•7. C

STP• История• Основные операции• BPDU• Механизмы выборов Root’a, RP, DP• Изменения в топологиях• Опциональные настройки STP

История

Digital Equipment Corporation(DEC)

История1982й -- Ethernet version II

DIX ?!

ИсторияLeonard Bosack

1973 по 1979 работает в DEC1979 начинает преподавать в Стэндфордском университете1984 вместе с женой откроет компанию

ИсторияRadia Perelman

1976 получает магистерскую степень в MIT1980 начинает работать в DEC1985 публикация алгоритма STP1988 защитит докторскую степень по компьютерным технологиям в MIT

ИсторияI think that I shall never seeA graph as lovely as a tree.

A tree which must be sure to span.So packets can reach every LAN.

First the root must be selected.By ID, it is elected.

Least cost paths from Root are traced.In the tree these paths are placed.

A mesh is made by folks like me.Then bridges find a spanning tree.

Иван

SW 3

SW 1 SW 2

Ира

Вася

Gi 1/0/27

Gi 1/0/28

Gi 1/0/28

Gi 1/0/27

Gi 1/0/27

Gi 1/0/28

Fa 1/0/11Fa 1/0/10

Fa 1/0/12

Иван

SW 3

SW 1 SW 2

Ира

Вася

Gi 1/0/27

Gi 1/0/28

Gi 1/0/28

Gi 1/0/27

Gi 1/0/27

Gi 1/0/28

Fa 1/0/11Fa 1/0/10

Fa 1/0/12

0200.1111.1111

Проблема?

Mac Address

0200.1111.1111

Ports

Fa 1/0/12

Switch 3 CAMMac Address

0200.1111.1111

0200.1111.1111

0200.1111.1111

Ports

Fa 1/0/12

Gi 1/0/27

Gi 1/0/28

Switch 3 CAM

Проблема!

Широковещательный шторм

Нестабильность таблицы коммутации

Передача нескольких копий кадров

Spanning Tree

Иван

SW 3

SW 1 SW 2

Ира

Вася

Gi 1/0/27

Gi 1/0/28

Gi 1/0/28

Gi 1/0/27

Gi 1/0/27

Gi 1/0/28

Fa 1/0/11Fa 1/0/10

Fa 1/0/12

0200.1111.1111

Основные операции STP

Выбирается корневой коммутатор (Root bridge).

Выбирается корневой порт (Root port) на каждом не корневом коммутаторе (Non-root bridge).

На некорневых коммутаторах выбираются назначенные порты (Designated ports) для каждого домена коллизий.

Все остальные порты блокируются

Bridge Protocol Data UnitConfiguration BPDU:

Отправляются c destination mac-address: 01-80-C2-00-00-00

ProtocolIdentifier Root ID Root Path

Cost Bridge ID Port ID MsgAge

MaxAge

HelloTime

ForwardDelay

Msg

Typ

e

Flag

s

Ver

2 2 2 2 2 21 1 1 8 4 8


Protocol Identifier: 0x0000Version: 0x00Message Type: 0x00



MaxAge

HelloTime

ForwardDelay

Msg

Typ

e

Flag

s

Ver

2 2 2 2 2 21 1 1 8 4 8


Flags0 0 0 0 0 0 0 0

1 1

Topology change

Topology change Acknowledgment



MaxAge

HelloTime

ForwardDelay

Msg

Typ

e

Flag

s

Ver

2 2 2 2 2 21 1 1 8 4 8


Default Bridge Priority = 32768



MaxAge

HelloTime

ForwardDelay

Msg

Typ

e

Flag

s

Ver

2 2 2 2 2 21 1 1 8 4 8

MAC-addressBridge Priority

16 bits 48 bits




MaxAge

HelloTime

ForwardDelay

Msg

Typ

e

Flag

s

Ver

2 2 2 2 2 21 1 1 8 4 8

Port numberPort Priority

4 bits 12 bits


Max Age: 20 секундHello Time: 2 секундыForward Delay: 15 секунд

Max Age – Msg Age = время хранения информации из BPDU коммутатором



MaxAge

HelloTime

ForwardDelay

Msg

Typ

e

Flag

s

Ver

2 2 2 2 2 21 1 1 8 4 8

Bridge Protocol Data UnitTopology Change Notification BPDU:


ProtocolIdentifier

Msg

Typ

e

Ver

2 1 1

Состояния портов в STPСостояние Описание

Blocking Блокированный порт не передает данные, но слушает BPDU. Предназначен для предотвращения петель.

Listening Порт слушает и начинает сам отправлять BPDU, пакеты с данными не отправляет.

Learning Порт слушает и отправляет BPDU, вносит изменения в CAM-таблицу, но данные не перенаправляет.

Forwarding Порт посылает и передает трафик. Принимает BPDU. Disabled Порт административно отключен.

Состояния портовBlocking

(Потеря получения BPDU в течении Max Age – Msg Age)

Listening(Forwarding delay = 15 секунд)

Learning (Forwarding delay = 15 секунд)

Forwarding

Blocking(Переходит в Listening после того,

как коммутатор решает что это Root или Designated порт)

Поднялся «линк»

Состояние портовАлгоритм IEEE-802.1D-1998

(1). Port enabled, by management or initialization

(2). Port disabled, by management or failure

(3). Algorithm selected as Designated or Root port

(4). Algorithm selected as Alternate port

(5). Protocol timer expire (Forwarding timer)

Выборы Root-коммутатора

Основываются на выборе наименьшего Bridge ID коммутатораSW 3

SW 1 SW 2

32768.00:1F:CE:A0:32:11

32768.00:1F:CE:A0:32:1A

32768.00:1F:CE:AB:32:1A

BPDUBPDUBP

DU

BPD

U


Default Bridge Priority = 32768



MaxAge

HelloTime

ForwardDelay

Msg

Typ

e

Flag

s

Ver

2 2 2 2 2 21 1 1 8 4 8


16 bits 48 bits


Основываются на выборе наименьшего Bridge ID коммутатораSW 3

SW 1 SW 2

32768.00:1F:CE:A0:32:11

32768.00:1F:CE:A0:32:1A

32768.00:1F:CE:AB:32:1A

I m a ROOT!

Выборы Root-портов

802.1D-1998Cost Port Speed

100 10 Mbit/s

19 100 Mbit/s

4 1 Gbit/s

2 10 Gbit/s

Основываются на выборе наименьшей стоимости «маршрута» до Root’a

Из каждого сегмента сети должен существовать только один путь по направлению к Root-коммутатору.


Основываются на выборе наименьшей стоимости «маршрута» до Root’a

Из каждого сегмента сети должен существовать только один путь по направлению к Root-коммутатору.

ROOT

32768.00:1F:CE:A0:32:11

32768.00:1F:CE:A0:32:1A

32768.00:1F:CE:AB:32:1A

Gi 1/0/27

Gi 1/0/28

Gi 1/0/27

Gi 1/0/28

Gi 1/0/27

Fa 1/0/1

Выборы Root-порта

505Root ID

0Root Path Cost

505Bridge ID

001 30001LAN A

LAN C LAN D

LAN B

Port 3

Port 1

Cost4

Cost19

Port 4

Cost4

Port 2

Cost4

030 28001

030 5001666 112001 8

Выборы Root-порта

001Root ID

12Root Path Cost

505Bridge ID

001 30001LAN A

LAN C LAN D

LAN B

Port 3

Port 1

Cost4

Cost19

Port 4

Cost4

Root portPort 2

Cost4

030 28001

330 5001666 112001 12 030 5001 8


Наименьшая стоимость маршрута до Root

Наименьший Bridge ID отправителя

Наименьший приоритет порта отправителя

Наименьший порт ID отправителя

ROOT

32768.00:1F:CE:A0:32:11

32768.00:1F:CE:A0:32:1A

32768.00:1F:CE:AB:32:1AGi 1/0/27

Cost 4

Gi 1/0/28Cost 19

Gi 1/0/27 Cost 8

Gi 1/0/28

Gi 1/0/27

Fa 1/0/1

R

R








MaxAge

HelloTime

ForwardDelay

Msg

Typ

e

Flag

s

Ver

2 2 2 2 2 21 1 1 8 4 8

Выборы Designated-портовROOT

32768.00:1F:CE:A0:32:11

32768.00:1F:CE:A0:32:1A

32768.00:1F:CE:AB:32:1AGi 1/0/27

Cost 4

Gi 1/0/28Cost 19

Gi 1/0/27 Cost 8

Gi 1/0/28

Gi 1/0/27

Fa 1/0/1

R

R D

D

Из каждого домена коллизий в сети должен существовать только один Designated порт

Порт, имеющий наименьшую суммарную стоимость маршрута до Root

Выборы Designated-порта

001Root ID

12Root Path Cost

505Bridge ID

001 30001LAN A

LAN C LAN D

LAN B

Port 3

Port 1

Cost4

Cost19

Port 4

Cost4

Root portPort 2

Cost4

030 28001

330 5001666 112001 12 030 5001 8


001Root ID

12Root Path Cost

505Bridge ID

LAN A

LAN C LAN D

LAN B

Port 3

Port 1

Cost4

Cost19

Port 4

Cost4

Root portPort 2

Cost4

030 28001

330 5001666 112001 12 030 5001 8

001 30001

505 312001

505 112001

505 412001


001Root ID

12Root Path Cost

505Bridge ID

001 30001LAN A

LAN C LAN D

LAN B

Designated port

Blocked port

Port 3

Port 1

Cost4

Cost19

Blocked portPort 4

Cost4

Root portPort 2

Cost4

030 28001

330 5001 12 030 5001 8505 312001

Выборы Designated-портовROOT

32768.00:1F:CE:A0:32:11

32768.00:1F:CE:A0:32:1A

32768.00:1F:CE:AB:32:1AGi 1/0/27

Cost 4

Gi 1/0/28Cost 19

Gi 1/0/27 Cost 8

Gi 1/0/28

Gi 1/0/27

Fa 1/0/1

R

R D

DD

B





После построения дерева

Описание порта Состояние порта

Все порты Root коммутатора Forwarding

Каждый root-порт на не корневом коммутаторе Forwarding

Каждый designated-порт Forwarding

Все другие порты Blocking

Топология

Root

SW 2

32768..0B11.55CE

SW 4

SW 5

SW 6 100 Mbit/s

1000 Mbit/s

F dp F dp

F dpF dp

32768..0111.7789

32768..0111.CBCC

32768..0111.4478

32768..0111.AACB

Топология

Root

SW 2

32768..0B11.55CE

SW 4

SW 5

SW 6 100 Mbit/s

1000 Mbit/s

F dp F dp

F dpF dp

32768..0111.7789

32768..0111.CBCC

32768..0111.4478

32768..0111.AACB

F rp F rp

F rpF rp

F rp

F dp F dp

F dp

F dpB

BB

BF dp

F dp

B

Изменение топологии Время жизни mac-адресов в CAM таблице 300 секунд.

ProtocolIdentifier

Msg

Typ

e

Ver

2 1 1

Topology Change Notification BPDU:

Утверждения о TCN BPDUTCN BPDU принимаются на Designated портах

TCN BPDU отправляются в сторону корневого коммутатора

TCN BPDU отправляются только через корневые порты

TCN BPDU единственное BPDU, которое может быть отправлено корневым портом

Коммутатор, заметивший изменение топологии начинает отправлять TCN BPDU и продолжает их повторять с интервалом равным таймеру Hello, до тех пор пока не получит подтверждение TCA от вышестоящего коммутатора


Flags0 0 0 0 0 0 0 0

1 1

Topology change

Topology change Acknowledgment



MaxAge

HelloTime

ForwardDelay

Msg

Typ

e

Flag

s

Ver

2 2 2 2 2 21 1 1 8 4 8

Изменение топологии

SW 3

SW 2 SW 4

SW 5

SW 1

SW 4

TCN

TCN ACK

12

3

4

(1). SW5 обнаружил изменение топологии отправил TCN

(2). SW2 ответил SW5 BPDU c флагом TCN ACK

(3). SW2 обнаружив изменение топологии отправляет TCN

(4). SW1 отвечает SW2 BPDU с флагом TCN ACK

Изменение топологии

Root в течении интервала MaxAge + Forward Delay отправляет BPDU c флагом TC

Коммутаторы получившие BPDU c флагом TC выставляют aging time для CAM таблицы равный 15 секундам

SW 3

SW 2 SW 4

SW 5

SW 1

SW 4

TC

Условия генерирования TCN BPDU

Когда порт переходит в состояние Forwarding и коммутатор имеет по крайней мере один Designated порт.

Когда порт переходит из состояния Forwarding или Learning обратно в Blocking

Когда коммутатор получает TCN BPDU на Designated-порт.

Изменение топологии. Пример 1

SW 3

SW 2 SW 4

SW 5

Root

F dp F dp

F dpF dp

F dp B

F rp

F rpF rp

F rp

Изменение топологии. Пример 1.5

SW 3

SW 2 SW 4

SW 5

Root

F dp F dp

F dpF dp

F dp B

F rp

F rpF rp

F rp


SW 3

SW 2 SW 4

SW 5

Root

F dp F dp

F dpF dp

F dp B

F rp

F rpF rp

F rp

PortFast

Blocking (Max Age)Listening (Forwarding delay)Learning (Forwarding delay)

Forwarding

Иван

SW 3

SW 1 SW 2

Ира

Вася включил ПК

Gi 1/0/27

Gi 1/0/28

Gi 1/0/28

Gi 1/0/27

Gi 1/0/27 Gi 1/0/28

Fa 1/0/11Fa 1/0/10

Fa 1/0/12 Коммутатор не будет отправлять TCN в случае включения/выключения порта.

При включении линка, порт сразу перейдет в состояние Forwarding.

BPDU Guard

При включенном на порту BPDU Guard при получении портом BPDU, порт автоматически перейдет в состояние Err-disable

Функция может применятся в независимости от PortFast

Иван

SW 3

SW 1 SW 2

Ира

Вася принес коммутатор

Gi 1/0/27

Gi 1/0/28

Gi 1/0/28

Gi 1/0/27

Gi 1/0/27

Gi 1/0/28

Fa 1/0/11Fa 1/0/10

Fa 1/0/12

dlink

BPDU Filter

Не получает и не отправляет BPDU

Порт не перейдет в состояние Err-Disabled, если получит «неавторизованную» BPDU

Иван

SW 3

SW 1 SW 2

Ира

Вася принес коммутатор

Gi 1/0/27

Gi 1/0/28

Gi 1/0/28

Gi 1/0/27

Gi 1/0/27

Gi 1/0/28

Fa 1/0/11Fa 1/0/10

Fa 1/0/12

dlink

RootGuardROOT

Gi 1/0/27

Gi 1/0/28Gi 1/0/27

Gi 1/0/28

Gi 1/0/27

Gi 1/0/1

R

R D

DD

B

SW1

SW3

SW4

RootGuard – защита от появления «нежелательного» Root’а в сетиПри получении superior BPDU порт перейдет в состояние root-inconsistent (эквивалентно состоянию listening). После того как порт перестает получать BPDU, он переходит в нормальное состояние.Включение Root Guard на интерфейсе (переводит порт в роль designated)

LoopGuard

LoopGuard – защита от однонаправленных петель

SW 3

SW 1 SW 2Gi 1/0/27

Gi 1/0/28

Gi 1/0/28

Gi 1/0/27

Gi 1/0/27

Gi 1/0/28

S1 Перестал отправлять BPDU в сторону S3

LoopGuard

LoopGuard проверяет, что RP или ALT порт получает BPDU. Если порт не получает BPDU, то LoopGuard переводит порт в состояние inconsistent

Рекомендуется включать на корневых и альтернативных (заблокированных) портахSW 3

SW 1 SW 2Gi 1/0/27

Gi 1/0/28

Gi 1/0/28

Gi 1/0/27

Gi 1/0/27

Gi 1/0/28

Порт Gi 1/0/27 станет Designated и перейдет в Forwarding

RSTP• Совместимость с STP• Основные отличия от STP• BPDU• Изменения в топологиях• Современные стандарты

Основные отличия RSTP от STP

• Время конвергенции STP:MaxAge + ForwardDelay*2 =50 секунд

• Время конвергенции RSTP:<= 10 секунд

Изменения относительно STP

Изменены состояния портовИзменены роли портовИзменены состояния портовНезначительно изменен формат BPDUИзменен механизм оповещения об изменении топологииБыстрая конвергенция топологии и переход портов в Forwarding

Типы портов в RSTP

Тип Описание

p2pОпределяется на основе состояния линка (Full Duplex).Используют процесс предложения и соглашения (proposal and agreement)

shared Определяется на основе состояния линка (Half Duplex).Работают по стандарту 802.1D-1998

edgeПредполагают подключение клиентских устройств. Сразу переходят в состояние Forwarding. В cisco настраиваются командой portrtfast.

Совместимость STP и RSTP

SW 3

SW 1 SW 2

SW 4

802.1D

802.1W

Устройство настроенное на работе по RSTP автоматически перенастраивается на STP, если сосед поддерживает только 802.1D

Роли портов в RSTPРоль в

802.1W-2001 Описание

Root Порт определяется аналогично стандарту 802.1D-1998

Designated Порт определяется аналогично стандарту 802.1D-1998

Alternate Предполагаемый резервный порт для Root-порта

Backup Предполагаемый резервный порт для Designated-порта

Роли портов в RSTP. Alternate

Концепция альтернативного порта обеспечивает моментальную защиту от потери Root-порта, если происходит отказ вида «direct link failure»

RSTP процесс на коммутаторе выбирает альтернативный порт с наименьшей стоимостью и сразу выбирает его в качестве Root-порта

ROOT

32768.00:1F:CE:A0:32:11

32768.00:1F:CE:A0:32:1A

32768.00:1F:CE:AB:32:1A

Gi 1/0/27

Gi 1/0/28

Gi 1/0/27

Gi 1/0/28

Gi 1/0/27

Gi 1/0/1

R

R D

DD

ALT

SW1

SW3

Состояния портов в RSTPСостояние

802.1D-1998Состояние

802.1W-2001Передача

кадровИзучение

MAC-адресов

Disabled Discarding Нет Нет

Blocking Discarding Нет Нет

Listening Discarding Нет Нет

Learning Learning Нет Да

Forwarding Forwarding Да Да

802.1W-2001Bridge Protocol Data Unit

Отправляются c destination mac-address: 01-80-C2-00-00-00Добавилось поле Version 1 Length: 0x00



MaxAge

HelloTime

ForwardDelay

Msg

Typ

e

Flag

s

Ver

2 2 2 2 2 21 1 1 8 4 8

Vers

ion

1 Le

ngth

1





MaxAge

HelloTime

ForwardDelay

Msg

Typ

e

Flag

s

Ver

2 2 2 2 2 21 1 1 8 4 8

Vers

ion

1 Le

ngth

1




MaxAge

HelloTime

ForwardDelay

Msg

Typ

e

Flag

s

Ver

2 2 2 2 2 21 1 1 8 4 8

Vers

ion

1 Le

ngth

1

0 0 0 0 0 0 0 0

Topologychange

Proposal

Learning

Forwarding

Agreement

TopologyChange

ack

Port role:00 Unknown01 Alternate/Backup port10 Root port11 Designated port

Port role




MaxAge

HelloTime

ForwardDelay

Msg

Typ

e

Flag

s

Ver

2 2 2 2 2 21 1 1 8 4 8

Vers

ion

1 Le

ngth

1


16 bits 48 bits

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

32768 16384 8192 4096 2048 1024 512 256 128 64 32 16 8 4 2 1

System ID Extension (12 Bits) -- VLANBridge Priority

Стоимость пути в RSTP

802.1D-1998 802.1W-2001Cost Port Speed Cost Port Speed

100 10 Mbit/s 2000 000 10 Mbit/s

19 100 Mbit/s 200 000 100 Mbit/s

4 1 Gbit/s 20 000 1 Gbit/s

2 10 Gbit/s 2 000 10 Gbit/s

Быстрая конвергенция и переход в Forwarding в RSTP

SW 3

SW 1 SW 2

32768.00:1F:CE:A0:32:11

32768.00:1F:CE:A0:32:1A

32768.00:1F:CE:AB:32:1A

BPDUBPDU

BPD

UBP

DU

Если коммутатор не получает BPDU в течение трех Hello-интервалов, то считает что соединение потеряно

Быстрая конвергенция и переход в Forwarding в RSTP

Коммутатор принимает inferior BPDU и сразу на них реагирует

(1). Пропадает линк между SW1 и ROOT

(2). SW1 объявляет себя ROOT

(3). SW2 получит от SW1 inferior BPDU опросит ближайшие коммутаторы, есть ли среди них c «лучшим» BID

(4). SW1 получит от SW2 superior BPDU, назначит Root- портом G1/0/28

ROOT

32768.00:1F:CE:A0:32:11

32768.00:1F:CE:A0:32:1A

32768.00:1F:CE:AB:32:1A

Gi 1/0/27

Gi 1/0/28

Gi 1/0/27

Gi 1/0/28

Gi 1/0/27

Gi 1/0/1

R

R D

DD

ALT

SW1

SW3

Семинар № 4 stp&rstp v1.4

Documents