Cisco PT模拟实验(5) 交换机的生成树协议配置

实验目的： 

           理解生成树协议工作原理

           掌握快速生成树协议RSTP的基本配置方法

实验背景：公司财务部和销售部的PC通过2台交换机实现通信，为提高网络可靠性，冗余链路是一个不错的思路，可防止因某条链路故障导致整个网络的中断，但冗余拓扑存在网络环路等一系列问题，为此需要在交换机上做适当配置。

技术原理：

• 生成树协议：监视二层交换式网络以找出所有可用的链路，并关闭冗余链路以确保不会出现环路。 首先利用生成树算法创建一个拓扑数据库，然后将网络的冗余备份链路从逻辑上断开，这样数据帧只能在生成树协议选定的最优链路上进行转发。

• 协议版本：STP(生成树协议)、RSTP(快速生成树协议)、MSTP(多生成树协议)。

• 生成树算法(STA)：

  • 选举根桥，其拥有最小的桥ID(即RID)，桥ID由桥优先级(Priority)和桥MAC地址共同决定

  • 计算到根桥的路径，由端口开销(Cost)、桥ID(BID=桥优先级+桥MAC地址)、端口ID(PID=端口优先级+端口号)确定最佳路径，开销取决于链路的带宽

  • 配置端口角色，有根端口(Root Port)、指定端口(Designated Port)和非指定端口(Non-designated Port)

• 生成树端口有4种状态，而状态间转换需要花费一定时间，从阻塞到侦听需20秒，从侦听到学习需15秒，从学习到转发需15秒。大多数情况下，交换机的端口都处于阻塞或转发状态。
  

  • 阻塞(Block)：只监听/接收BPDU报文

  • 侦听(Listening)：只能接收或发送BPDU报文

  • 学习(Learning)：能接收或发送BPDU报文，并形成MAC地址表，但不能转发数据帧

  • 转发(Forwarding)：能接收或发送BPDU报文，并形成MAC地址表，同时发送和接收数据帧

• STP会聚：交换机上所有端口都转换到转发或阻塞模式，默认需要50秒时间。在会聚完成之前交换机是无法转发数据，为此Cisco创建了生成树的拓展特性(会聚加速)以修补IEEE202.1d标准中的缺陷，包括PortFast、UplinkFast、BackboneFast特性。

• 快速生成树协议(RSTP)：为解决STP及其拓展特性的问题，由802.1d发展而成的802.1w标准，在网络结构发生变化时，能更快地收敛网络。当根端口或指定端口出现故障时，冗余端口可直接切换到替换或备份端口，从而实现RSTP协议小于1秒的快速收敛。

  • 端口状态：学习、转发、丢弃

  • 端口角色：在生成树协议的基础上增加了替换端口(Alternate Port)和备份端口(Backup Port)

实验设备：Switch_2960 2台；PC 4台；直通线；交叉线。

实验拓扑：

实验步骤：

        按拓扑图搭建网络，并为交换机提供冗余链路

        默认情况下STP是启用的。通过两台交换机之间传送网桥协议数据单元(BPDU)。选出根交换机、根端口等，以便确定端口的转发状态。如图，标记为黄色的端口处于堵塞状态

        配置快速生成树协议(RSTP)

        查看交换机生成树协议配置

               Switch#show spanning-tree summary

               Switch#show spanning-tree

        测试。当主链路处于down状态时，能够自动地切换到备份链路，保证数据的正常转发。

        注意：只有当2台交换机都配置RSTP后，再将交换机连接起来。如果先连线再配置会造成广播风暴，影响交换机的正常工作。

PC设置
192.168.1.2        //PC0
192.168.1.3        //PC1
192.168.1.4        //PC2
192.168.1.5        //PC3
//子网掩码和网关
255.255.255.0
192.168.1.1

Switch0和Switch1配置
Switch>en
Switch#show spanning-tree                  //査看交换机生成树运行状态
Switch#show spanning-tree summary          //査看生成树的配置信息
Switch#conf t
Switch(config)#inter f0/1
Switch(config-if)#switchport access vlan 2        //将该端口划分到VLAN 2
Switch(config-if)#exit
Switch(config)#inter f0/2
Switch(config-if)#switchport access vlan 3        //将该端口划分到VLAN 3
Switch(config-if)#exit
Switch(config)#inter range f0/23-24
Switch(config-if)#switch mode trunk 
Switch(config-if)#exit
Switch(config)#spanning-tree mode rapid-pvst      //指定生成树协议的类型为RSTP
Switch(config)#end
Switch#show spanning-tree                  //判断根交换机、端口角色、端口状态等

# 链路测试
PC0(命令提示符CMD下)
ping 192.168.1.4                  //链路通
Switch0
Switch>en
Switch#conf t
Switch(config)#inter f0/23        //关闭主链路上的端口
Switch(config-if)#shutdown
PC0(命令提示符CMD下)
ping 192.168.1.4                  //链路通
//备份链路标记由黄色变为绿色，表明备份链路已启用

实验环境： Windows 7 ，Cisco PT 6.3

参考资料：CCNA学习指南（第7版）

Cisco PT模拟实验(5) 交换机的生成树协议配置