CCNP4

程序员文章站 2024-02-15 17:59:16

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企业三层架构(内网架构)

接入层----常使用二层交换机，就近提供接口密度，用于用户的接入
汇聚层(分布式)----集合所有接入层流量(星型)，对流量实施管理和策略
核心层----路由转发、高速转发、nat、QOS

BCMSN
(Building Cisco Multilayer Switched Networks)----组建Cisco多层交换网络

其中交换技术主要应用于汇聚层和接入层
(VLAN/Trunk/VTP/DTP/STP/CHANNEL/HSRP…/VPC等)

三层架构中最重要的思想为冗余(备份)
线路冗余----设备冗余----网关冗余----USP(电源冗余)

SPF(生成树协议)

线路冗余----二层的桥接环路

广播风暴
MAC地址表的疯狂翻滚
同一帧数据不断被复制

生成树协议

----树根设备到每台交换机仅存在一条链路(尽量最佳)，逻辑的阻塞部分接口，当最佳链路故障时，阻塞端口被打开，来恢复通讯

所有的生成树协议使用的是一种BPDU(网桥协议数据单元)的数据帧来进行沟通----跨层封装到二层

注： BPDU数据帧默认不属于任何一个VLAN，故在存在VLAN的设备上，该数据帧基于native VLAN发送

BPDU包头:
CCNP4

三类BPDU

配置BPDU
----拓扑收敛完成后，仅根网桥周期(2s)发送，在没有根网桥的时候，所有的设备仅发送BPDU:选举根网桥、发布拓扑信息、周期保活链路
拓扑变更消息TCN
---- 包中不包含任何具体信息，也不会导致网络重新收敛:
当一台交换机的阻塞端口链路被断开，那么将标记位中第七位置1，标识拓扑已经改变，该BPDU将发送到根网桥处，根网桥使用标记位中第0位，来表示确认；若没有收到ack，那么2s周期发送TCN；根网桥在确认后，将使用BPDU告诉所有的非根网桥，刷新cam表
次优BPDU
----非根网桥上的根端口断开----接收不到根网桥的BPDU了，同时本地断开的也不是阻塞端口，那么本地将自己定义为根网桥，发出BPDU，由于该BPDU次于根网桥的BPDU，故称为次优BPDU

总结:

根网桥发配置BPDU，包含拓扑信息
非根网桥的阻塞端口被断开，同时依然可以与根网桥沟通，那么发送TCN，不包含拓扑信息，不会使网络重新收敛，只是让大家刷新cam表
非根网桥上断开了根端口后，若不能再与根网桥沟通，将本地定义为根网桥发送次优BPDU，包含本地的拓扑信息----也是配置BPDU，但不是根网桥的

802.1D

是最早的SPF算法

算法在计算过程中，将选出四种角色: 根网桥、根端口、指定端口、非指定端口

【1】根网桥：树根、核心
在一个生成树实例中有且仅有一台；在没有根网桥时，所有交换机均认为本地是根网桥，发出BPDU；进行选举

比较BPDU中的BID----桥ID ==== 网桥优先级+MAC地址(数值小的)

先比较所有设备的优先级，0-65535 默认所有设备为32768；小优；
优先级相同的情况下比较MAC地址，数值小优

注: 能进行生成树运算的交换机出厂是带有MAC地址的，而没有生成树的交换机被称为透明交换机

【2】根端口
在每台非根网桥上有且仅有一个，本地离根网桥最近的接口；该接口用于接收来自根的BPDU，同时该接口也用于收发用户的数据

	根端口选举条件:
1.	入方向最小cost值
2.	比较该接口对端（上级）的设备的BID；小优
3.	比较该接口对端（上级）设备的PID；小优
4.	比较本地PID
-
补充知识点:	PID=端口ID ==== 接口优先级 0-255 默认为128 + 接口编号
	cost值: 10M=100 100M=19 1000M=4 10000M=2 >10000M=1
	连接电脑的交换机的接口也会参加生成树运算

【3】指定端口
在每根网线上有且仅有一个；转发来自根的BPDU；同时转发用户流量；根端口的对端肯定是指定端口；根网桥上所有接口均为指定端口

	指定端口选举条件:
1.	比较从该接口发出BPDU的cost值
2.	比较本地的BID，小优
3.	比较本地PID，小优
4.	直接阻塞端口

【4】非指定端口
----阻塞端口以上所有角色全部完成，那么剩余所有的为非指定端口 ----逻辑阻塞，可以接收到流量；但不能转发

【5】接口状态

	接口状态
Down	接口指示灯未亮起，网线刚刚连接，不能收发BPDU
侦听	接口指示灯为橙色，进行BPDU收发，选举各种角色时长为15s，指定端口和根端口进入到下一个状态；非指定端口进入阻塞状态，指示灯一致保持为橙色
学习	接口指示灯为橙色，根端口和指定端口学习各个接口下方连接的PC的MAC地址；生成MAC表；15s时长结束后进入下一状态
转发	接口指示灯为绿色，收敛完成；可以正常转发用户的数据；在30s内接口是转发用户数据
阻塞	非指定端口在侦听完成后，进入的状态；指示灯一致保持为橙色

【6】收敛时间

初次收敛----30s
结构突变

1.)存在直连检测----本地只有一个阻塞端口可以收到BPDU；该接口直接进入侦听和学习状态，需要30s转换为根端口
2.)没有直连检测----阻塞端口需要20s holdtime+30s收敛=50s；20s的holdtime是因为阻塞端口一直在等最优BPDU，过了20s才能收到次优BPDU，然后才进入侦听学习状态30s

802.1D算法的缺点:

收敛速度慢
链路利用率低备份链路在最佳路径存在时一直闲置

PVST

基于VLAN的生成树

在每个vlan中存在一棵生成树，通过将不同生成树的根放置于不同汇聚层位置，来实现链路利用率的提高

每个VLAN发出一个BPDU；各个VLAN进行自己的802.1D计算

为了区分不同VLAN发出的BPDU，使用网桥优先级+VLAN ID

注: 若需要一台交换机加入到一个vlan的生成树中；前提是该交换机创建该vlan，连接了该vlan的用户----本地有接口划分到vlan2，且双up；或者本地存在双up的trunk干道

干涉选举的命令:
1.修改优先级，但必须为4096的倍数

sw1(config)#spanning-tree vlan 2 priority ?
<0-61440> bridge priority in increments of 4096

PVST算法的缺点:

收敛慢
cisco私有
树多，带宽和设备硬件资源均占用（cisco设备存在一个专用芯片来进行多生成树运行）
仅支持接口封装为ISL的trunk干道

PVST+

在PVST基础上进行了升级；目标大多数cisco设备默认使用的STP协议

升级点:

支持802.1q封装
可以做部分的加速收敛

干涉选举的命令:

修改优先级，但必须为4096的倍数

sw1(config)#spanning-tree vlan 2 priority ?
<0-61440> bridge priority in increments of 4096

直接设置主根和备份根

sw1(config)#spanning-tree vlan 2 root primary   本地为vlan2主根
sw1(config)#spanning-tree vlan 1 root secondary  本地为vlan1 的备份根

注：该命令不一定完全生效；主根命令是本地优先级下降2个4096
备份根命令是本地优先级下降1个4096

修改接口优先级或者cost值

CORE(config)#interface f0/1
CORE(config-if)#spanning-tree vlan 2 port-priority ?
  <0-240>  port priority in increments of 16  必须以16的倍数来修改

CORE(config-if)#spanning-tree vlan 2 cost ?  修改cost值
  <1-200000000>  Change an interface's per VLAN spanning tree path cost

如何加速:

端口加速
连接PC的接口，开启端口加速后；一旦连线，直接为转发状态

Switch(config)#interface fastEthernet 0/16
Switch(config-if)#spanning-tree portfast    不能用于连接其他交换机的接口

CORE(config)#interface f0/1
CORE(config-if)#switchport host   主机接口
该接口同时写入两条命令
switchport mode access 
spanning-tree portfast 


CORE(config)#spanning-tree portfast default  全局下开启端口加速，对trunk干道不生效

上行链路加速
在设备上配置上行链路加速后，一旦该交换机满足直连检测条目，该阻塞端口直接成为根端口，进入转发状态

CORE(config)#spanning-tree uplinkfast   只能在接入层设备上配置

注: 该命令一旦配置，那么该交换机的网桥优先级和接口cost值将会加大；
其意义在于存在阻塞端口的设备才会存在直连检测，而阻塞端口最好在接入层设备上；故加大优先级和cost值，在于放弃成为根网桥，尽量成为阻塞端口

骨干加速
当阻塞接收到次优BPDU，那么该接口取消20s hold time，进入30s收敛

该命令所有设备均可配置
CORE(config)#spanning-tree backbonefast

PVST+算法的缺点:

私有协议
树多
加速不够彻底

802.1W(非cisco) RSTP(cisco)

RSTP可以兼容802.1W，802.1W也是目前非cisco产品大多的默认协议

802.1W----非cisco产品的快速生成树协议----对802.1D的提速----一棵树
RSTP----cisco产品的快速生成树协议----对PVST+的提速----每个VLAN一棵树
两种协议，均为快速收敛1-2s完成收敛，提速的原理一致；区别在于cisco有基于vlan的运算芯片，故RSTP依然一个vlan一棵树；802.1w整个交换网络一棵树

快速的原理:

取消了计时器，而是在一个状态工作完成后，直接进入下一状态
分段式同步，两台设备间逐级收敛；使用请求和同意标记；依赖标记位的第1和第6位
BPDU的保活为6s；hello time 2s
将端口加速（边缘接口）、上行链路加速、骨干加速集成了
兼容802.1d和PVST，但802.1d和PVST没有使用标记位中的第1-6位，故不能快速收敛；因此如果网络中有一台设备不支持快速收敛，那么其他开启快速收敛的设备也不能快速
当tcn消息出现时，不需要等待根网桥的BPDU，就可以刷新本地的cam表

状态变化: 将阻塞状态和侦听状态合为丢弃状态
角色变化: 将非指定端口为AP-替代接口 BP-备份接口
注: 无论AP还是BP其实就是802.1D中的阻塞端口，AP为对端设备，BP为本端设备

启动快速生成树，所有交换机全部需要启动

sw1(config)#spanning-tree mode rapid-pvst

注：所有干涉选举的命令和pvst+一致

切记:
默认接口为半双工（10M）时，接口类型为共享；全双工时为点到点；
共享型接口依然运行慢速生成；只有点到点接口可以快速；
故建议将共享型接口修改为点到点型
要修改接口类型，那么全网都要进行修改

sw1(config)#interface range ethernet 0/0 -1
sw1(config-if-range)#spanning-tree link-type point-to-point

802.1S(非cisco) MST(cisco)

分组式的生成树

将多个vlan放置在一个组内，为每个组生成一个树，树型算法为802.1w；将不同组的根网桥放置到不同的汇聚层设备处，可以流量的分载，提供链路利用率

不同组发出的BPDU，使用网桥优先级区分 ==== 优先级+组ID
优先级默认为32768，只能以4096的倍数来进行修改

sw1(config)#spanning-tree mode mst  修改协议
默认存在组0，且默认所有vlan处于组0；
sw1#show spanning-tree mst 0

sw1(config)#spanning-tree mst configuration 配置MST
sw1(config-mst)#instance 1 vlan 1-50   将vlan1-50划分到组1
sw1(config-mst)#instance 2 vlan 51-100 将vlan51-100划分到组2

切记:

所有运行MST协议的设备，分组内容必须完全一致，否则将可能出现故障
整个交换机需要所有设备均使用MST协议，才进行部署(MST不能和RSTP/802.1W兼容)

定义根网桥，备份根网桥的位置
sw1(config)#spanning-tree mst 1 root primary    降2个4096
sw1(config)#spanning-tree mst 2 root secondary  降1个4096

sw1(config)#interface e0/0  修改参选接口的参数
sw1(config-if)#spanning-tree mst 1 ?
  cost           Change the interface spanning tree path cost for an instance
  port-priority  Change the spanning tree port priority for an instance

STP安全

【1】BPDU保护
接入层默认接口为DP(指定端口)，该端口连接的是PC

若该接口的PC被更换、用户模拟自己成为一台交换机，那么可能导致根网桥转移，最终迫使网络结构发生变化，因为根网桥最佳设置应该在汇聚层，而新的结构将可能改变该特性，导致网络运行不佳，流量集中于接入层设备；

可以将这些接口开启BPDU保护功能；被保护接口若收到BPDU，那么将进行错误关闭状态；

sw2(config)#interface e0/0
sw2(config-if)#spanning-tree bpduguard enable  
在接入层连接用户的接口上，开启BPDU保护功能

被保护接口若接收到BPDU将错误关闭

sw2#show interfaces e0/0
Ethernet0/0 is down, line protocol is down (err-disabled)

若接口出现了错误关闭，可以查看导致原因

sw2#show interfaces status err-disabled 
Port      Name               Status       Reason
Et0/0                        err-disabled   bpduguard

进入错误状态的接口状态和协议均down，若需要重新唤醒该接口:

手工重启----先关闭再开启
自动启动----需要人配置，配置后若该接口在300s内没有收到BPDU了，那么将自动开启

sw2(config)#errdisable recovery cause bpduguard  当BPDU保护出现后的自动重启
sw2#show errdisable recovery  查看各种错误的原因状态

sw2(config)#errdisable recovery interval ?  默认300s收不到BPDU将自动重启
  <30-86400>  timer-interval(sec)        修改计时器，最小30s

全局配置

在接入层接口上，开启所有接口的端口加速和所有接口的BPDU保护
sw2(config)#spanning-tree portfast bpduguard
全局开启后，还需要到上行链路上进行BPDU保护的关闭
sw2(config)#interface e0/0   
sw2(config-if)#spanning-tree bpduguard disable   关闭单个接口的BPDU保护

sw2#show spanning-tree summary totals  查看各种全局协议的配置

【2】BPDU 过滤
开启BPDU过滤后，若接入层接口收到BPDU信息，将仅丢弃BPDU数据帧，正常转发用户流量

sw2(config)#interface e0/0  接口开启或关闭
sw2(config-if)#spanning-tree bpdufilter ?      
  disable  Disable BPDU filtering for this interface
  enable   Enable BPDU filtering for this interface

sw2(config)#spanning-tree portfast  bpdufilter default  全局开启
注：全局开启后，需要在上行链路接口手工关闭

总结: 保护和过滤除了对接口的处理方式不同，还存在一个区别：保护是拒绝接收BPDU，但可以发送；过滤是收发均拒绝

【3】根网桥保护
若网络中增添了新的交换机，其BID最优；那么将抢占网络的根网桥，导致拓扑结构变化；
在接口开启根桥保活后，若交换机的接口接收到了更优BPDU时，将该接口阻塞；直到该接口不再收到更优BPDU才恢复

sw2(config)#interface e0/0
sw2(config-if)#spanning-tree guard root 接口开启根网保护

开启根桥保护的接口，在接收到更优BPDU时，将阻塞；进入broken状态，显示与根不一致

sw2#show spanning-tree interface ethernet 0/0 detail 
 Port 1 (Ethernet0/0) of VLAN0001 is broken  (Root Inconsistent)

sw2#show spanning-tree
Et0/0               Desg BKN*100       128.1    Shr *ROOT_Inc  
不一致接口在生成树列表中的显示

sw2#show spanning-tree inconsistentports  查看出现不一致的接口
Name                 Interface              Inconsistency
-------------------- ---------------------- ------------------
VLAN0001             Ethernet0/0            Root Inconsistent

Number of inconsistent ports (segments) in the system : 1

总结:
BPDU保护和过滤配置在所有的接入层连接PC接口
Root 保护建议配置在新连接交换机的接口，来避免网络的重新收敛

环路保护

单向链路故障—尤其在光纤网络，很可能出现可以接收但不能发送；一旦出现单向链路故障，网络即使存在STP，也依然可能出现环路

解决方法:
【1】UDLD --当一根网线出现单向链路故障时，直接关闭该接口
【2】LOOP GUARD ----开启后，仅针对BPDU包，识别为单向链路故障，先对该接口进行阻塞，然后自动恢复

sw2(config)#interface e0/0
sw2(config-if)#spanning-tree guard loop  开启命令

总结: UDLD和loop gurad区别

UDLD被触发后，接口被err-disable；然后需要手工重启或设置自动重启
Loop guard被触发后，自动阻塞然后恢复接口的
UDLD用于处理硬件的单向问题，loop guard被用于处理软件问题（接口拥塞，CPU过载）

建议两种技术均配置