Cisco-Training 200-125 CCNA v3.0. Tag 37. STP: Auswahl des Root Bridge, Funktionen von PortFast und BPDU Guard. Teil 2

Angenommen, STP befindet sich im Zustand der Konvergenz. Was passiert, wenn ich ein Kabel nehme und Switch N direkt mit dem Root-Switch A verbinde? Der Root Bridge „wird sehen“, dass er einen neuen aktiven Port hat, und wird darüber eine BPDU versenden.

Switch N wird, nachdem er dieses Frame mit null Kosten empfängt, die Kosten für den Pfad über den neuen Port als 0+19=19 bestimmen, während die Kosten seines Root-Ports bei 76 liegen. Danach wird der Port des Switches N, der zuvor im Zustand 'disabled' war, alle Übergangsphasen durchlaufen und nach 50 Sekunden in den Übertragungsmodus wechseln. Wenn an diesem Switch andere Geräte angeschlossen sind, verlieren sie für 50 Sekunden die Verbindung zum Root-Switch und zum Netzwerk insgesamt.

Gleichzeitig handelt Switch G, der von Switch N ein BPDU-Frame mit der Kosteninformation 19 erhält. Er ändert die Kosten seines zugewiesenen Ports auf 19+19=38 und weist ihn als neuen Root-Port zu, da die Kosten seines vorherigen Root Ports 57 betragen, was mehr als 38 ist. In diesem Fall beginnen erneut alle Phasen der Portneuzuordnung mit einer Dauer von 50 Sekunden, was schließlich das gesamte Netzwerk zum Absturz bringt.

Schauen wir uns nun an, was in einer ähnlichen Situation passiert, wenn RSTP verwendet wird. Der Root-Switch sendet ein BPDU an den angeschlossenen Switch N, blockiert jedoch sofort danach seinen Port. Nachdem Switch N dieses Frame erhalten hat, erkennt er, dass dieser Pfad eine geringere Kosten hat als sein Root-Port, und blockiert ihn sofort. Danach sendet N an den Root-Switch einen Proposal mit der Bitte, einen neuen Port zu öffnen, da dessen Kosten niedriger sind als die des bereits vorhandenen Root-Ports. Sobald der Root-Switch der Anfrage zustimmt, wird er seinen Port entsperren und eine Agreement an Switch N senden, woraufhin dieser den neuen Port als seinen Root-Port festlegen wird.

Durch den Proposal/Agreement-Mechanismus wird die Neuzuweisung des Root-Ports nahezu sofort erfolgen, und alle Geräte, die mit Switch N verbunden sind, verlieren keine Verbindung zum Netzwerk.
Nachdem der neue Root-Port zugewiesen wurde, wird Switch N den alten Root-Port in einen alternativen Port umwandeln. Das Gleiche wird mit Switch G geschehen – er wird Nachrichten Proposal/Agreement mit Switch N austauschen, einen neuen Root-Port zuweisen und die restlichen Ports blockieren. Anschließend wird der Prozess im nächsten Segment des Netzwerks mit Switch F fortgesetzt.

Switch F wird, nachdem er die Kosten analysiert hat, feststellen, dass der Weg zum Root-Switch über den unteren Port 57 kosten wird, während der bereits vorhandene Weg über den oberen Port nur 38 kostet, und alles so belassen. Nachdem er dies erkannt hat, wird Switch G den Port zu F blockieren und den Datenverkehr zum Root-Switch über die neue Route G-H-A leiten.

Solange Switch F keinen Proposal/Agreement von Switch G erhalten hat, wird er seinen unteren Port blockiert halten, um die Bildung von Schleifen zu verhindern. So sehen Sie, dass RSTP ein sehr schneller Protokoll ist, das keine netzwerkinhärenten Probleme verursacht, wie es bei STP der Fall ist.
Lassen Sie uns nun die Befehle betrachten. Sie müssen in den globalen Konfigurationsmodus des Switches wechseln und den PVST- oder RPVST-Modus mit dem Befehl spanning-tree mode auswählen. Dann müssen Sie entscheiden, wie Sie die Priorität einer bestimmten VLAN ändern können. Dafür verwenden Sie den Befehl spanning-tree vlan priority . Aus dem letzten Video wissen Sie, dass die Priorität eine Zahl ist, die ein Vielfaches von 4096 ist, wobei der Standardwert 32768 plus der VLAN-Netznummer beträgt. Wenn Sie VLAN1 gewählt haben, beträgt die Standardpriorität 32768 + 1 = 32769.

Warum könnte es nötig sein, die Priorität von Netzwerken zu ändern? Wir wissen, dass die BID aus einem numerischen Prioritätswert und der MAC-Adresse besteht. Die MAC-Adresse eines Geräts kann nicht verändert werden, sie hat einen festen Wert, weshalb nur der Prioritätswert verändert werden kann.

Stellen Sie sich ein großes Netzwerk vor, in dem alle Cisco-Geräte in einem Ring verbunden sind. PVST ist standardmäßig aktiviert, daher wird das System einen Root-Switch auswählen. Wenn alle Geräte dieselbe Priorität haben, hat der Switch mit der ältesten MAC-Adresse Vorrang. Das kann jedoch ein 10- bis 12-jähriger Switch eines veralteten Modells sein, der nicht einmal die nötige Leistung und Kapazität hat, um so ein umfangreiches Netzwerk zu leiten.
Gleichzeitig kann sich in Ihrem Netzwerk ein neuer Switch im Wert von mehreren Tausend Dollar befinden, der aufgrund seiner höheren MAC-Adresse gezwungen ist, sich dem alten Switch zu „unterordnen“, der nur ein paar Hundert Dollar kostet. Wenn der alte Switch der Root-Switch wird, ist das ein Zeichen für einen schwerwiegenden Designfehler im Netzwerk.

Daher sollten Sie die Einstellungen des neuen Switches aufrufen und ihm einen minimalen Prioritätswert zuweisen, zum Beispiel 0. Bei der Verwendung von VLAN1 beträgt der Gesamtswert der Priorität 0+1=1, und alle anderen Geräte werden ihn ständig als Root-Switch betrachten.

Stellen Sie sich nun folgende Situation vor: Wenn der Root-Switch aus irgendeinem Grund nicht verfügbar ist, könnte es notwendig sein, dass nicht irgendein Switch mit niedrigeren Prioritäten, sondern ein bestimmter Switch mit besseren Netzwerkfunktionen zum neuen Root-Switch wird. In diesem Fall verwenden Sie den Befehl in den Root Bridge-Einstellungen, um einen primären und sekundären Root-Switch festzulegen: spanning-tree vlan root . Der Prioritätswert für den primären Switch beträgt 32768 – 4096 – 4096 = 24576. Für den sekundären Switch wird der Wert gemäß der Formel 32768 – 4096 = 28672 berechnet.

Sie müssen diese Zahlen nicht manuell eingeben – das System erledigt das automatisch für Sie. Somit wird der Switch mit der Priorität 24576 zum Root-Switch, und wenn dieser nicht verfügbar ist, wird der Switch mit der Priorität 28672 zum neuen Root-Switch, da die Priorität aller anderen Switches standardmäßig nicht weniger als 32768 beträgt. So sollten Sie verfahren, wenn Sie nicht möchten, dass das System automatisch einen Root-Switch zuweist.

Wenn Sie die Einstellungen des STP-Protokolls anzeigen möchten, müssen Sie den Befehl show spanning-tree summary verwenden. Lassen Sie uns jetzt alle Themen, die wir heute behandelt haben, mithilfe von Packet Tracer durchgehen. Ich benutze eine Netzwerktopologie mit 4 Switches des Modells 2690; das spielt jedoch keine Rolle, da alle Switch-Modelle von Cisco STP unterstützen. Sie sind so miteinander verbunden, dass das Netzwerk einen geschlossenen Kreis bildet.

Standardmäßig arbeiten Cisco-Geräte im PSTV+-Modus, was bedeutet, dass zur Konvergenz jeder Port nicht mehr als 20 Sekunden benötigt. Das Simulationspanel ermöglicht es, den Datenverkehr darzustellen und die Betriebsparameter des erstellten Netzwerks zu überprüfen.

Sie sehen, was ein STP BPDU-Frame ist. Wenn Sie die Bezeichnung Version 0 sehen, handelt es sich um STP, da für RSTP Version 2 verwendet wird. Hier wird außerdem der Root ID-Wert angezeigt, der aus der Priorität und der MAC-Adresse des Root-Switches besteht sowie dem entsprechenden Bridge ID-Wert entspricht.

Diese Werte sind gleich, da die Kosten für den Pfad zum Root-Switch für SW0 gleich 0 sind; er selbst ist somit der Root-Switch. Nach dem Einschalten der Switches und der Verwendung von STP erfolgte automatisch die Auswahl des Root Bridges, und das Netzwerk funktionierte. Sie sehen, dass um eine Schleife zu verhindern, der obere Port Fa0/2 des Switches SW2 in den Zustand Blocking versetzt wurde, was durch die orange Farbe des Statusanzeigers angezeigt wird.

Gehen wir zur Konsole der Switch-Konfiguration für SW0 und verwenden wir ein paar Befehle. Der erste ist der Befehl show spanning-tree. Nach Eingabe dieses Befehls wird auf dem Bildschirm die Information zum PSTV+-Modus für das VLAN1-Netz angezeigt. Wenn wir mehrere VLANs nutzen, erscheint im unteren Bereich des Fensters ein weiterer Informationsblock für das zweite und die folgenden Netzwerke.

Sie sehen, dass das STP-Protokoll gemäß dem IEEE-Standard verfügbar ist, was die Verwendung von PVSTP+ bedeutet. Technisch gesehen ist dies kein Standard .1d. Hier sind auch die Informationen zum Root ID: Priorität 32769, MAC-Adresse des Wurzelgeräts, Kosten 19 usw. Es folgen Informationen zum Bridge ID, in denen der Wert der Priorität 32768 +1 aufgeschlüsselt wird, und es wird eine andere MAC-Adresse angegeben. Wie Sie sehen, habe ich mich geirrt — der Switch SW0 ist nicht der Root-Switch, der Root-Switch hat eine andere MAC-Adresse, die in den Root ID-Parametern angegeben ist. Ich denke, das liegt daran, dass SW0 ein BPDU-Frame mit Informationen erhalten hat, dass ein anderer Switch im Netzwerk größere Chancen hat, die Rolle des Root-Switches zu übernehmen. Das werden wir uns jetzt ansehen.

(Hinweis des Übersetzers: Root ID – die Identifikation des Root-Switches, die für alle Geräte im gleichen VLAN-Netzwerk, das auf dem STP-Protokoll basiert, gleich ist; Bridge ID – die Identifikation des lokalen Switches innerhalb des Root Bridges, die für verschiedene Switches und VLANs unterschiedlich sein kann.)

Ein weiteres Indiz dafür, dass SW0 kein Root-Switch ist, ist die Tatsache, dass ein Root-Switch keinen Root-Port hat. In diesem Fall sind jedoch sowohl ein Root-Port als auch ein Designated-Port vorhanden, die sich im Zustand forwarding befinden. Außerdem sehen Sie den Verbindungstyp p2p oder „Point-to-Point“. Das bedeutet, dass die Ports fa0/1 und fa0/2 direkt mit benachbarten Switches verbunden sind.
Wäre ein Port mit einem Hub verbunden, würde der Verbindungstyp als shared bezeichnet. Darauf werden wir später eingehen. Wenn ich den Befehl zur Anzeige der Zusammenfassung show spanning-tree summary eingebe, werden wir sehen, dass sich dieser Switch im PVSTP-Modus befindet. Danach folgt eine Auflistung der nicht verfügbaren Portfunktionen.

Im Folgenden ist der Zustand und die Anzahl der Ports dargestellt, die VLAN1 bedienen: blocking 0, listening 0, learning 0, im Zustand forwarding befinden sich 2 Ports im STP-Modus.
Bevor wir zu Switch SW2 übergehen, werfen wir einen Blick auf die Einstellungen des Switches SW1. Dazu verwenden wir denselben Befehl show spanning-tree.

Sie sehen, dass die MAC-Adresse des Root ID beim Switch SW1 identisch mit der von SW0 ist, da alle Geräte im Netzwerk beim Zusammenlaufen die gleiche Adresse des Root Bridge-Geräts erhalten, da sie der Entscheidung des STP-Protokolls vertrauen. Wie Sie sehen können, ist SW1 der Root-Switch, da die Root ID und die Bridge ID übereinstimmen. Außerdem wird hier angezeigt, dass 'dieser Switch der Root-Switch ist'.

Ein weiteres Merkmal des Root-Switches ist, dass er keine Root-Ports hat; beide Ports werden als Designated bezeichnet. Wenn alle Ports als Designated angezeigt werden und im Zustand 'Forwarding' sind, dann handelt es sich um den Root-Switch.

Der Switch SW3 enthält ähnliche Informationen, und nun wechsle ich zu SW2, da einer seiner Ports sich im Zustand 'Blocking' befindet. Ich verwende den Befehl show spanning-tree und wir sehen, dass die Informationen zur Root ID und der Prioritätswert identisch mit den anderen Switches sind.
Weiterhin wird angezeigt, dass einer der Ports als Alternative gekennzeichnet ist. Lassen Sie sich davon nicht verwirren; der Standard 802.1d bezeichnet dies als Blocking Port, während im PVSTP der blockierte Port immer als Alternative bezeichnet wird. So befindet sich dieser alternative Fa0/2-Port im blockierten Zustand, während der Port Fa0/1 als Root Port fungiert.

Der blockierte Port befindet sich im Netzsegment zwischen dem Switch SW0 und dem Switch SW2, wodurch sich keine Schleife bildet. Wie Sie sehen können, verwenden die Switches eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung, da keine anderen Geräte angeschlossen sind.

Wir verfügen über ein Netzwerk, das nach dem STP-Protokoll arbeitet. Jetzt werde ich ein Kabel nehmen und den Switch SW2 direkt mit dem End-Switch SW1 verbinden. Danach werden alle Ports von SW2 mit orangefarbenen Markierungen gekennzeichnet.

Wenn wir den Befehl show spanning-tree summary verwenden, sehen wir, dass zunächst zwei Ports im Zustand Listening sind, dann in den Zustand Learning übergehen und nach wenigen Sekunden in den Zustand Forwarding wechseln, wobei sich die Markerfarbe auf grün ändert. Wenn wir jetzt den Befehl show spanning-tree eingeben, sieht man, dass Fa0/1, das zuvor der Root-Port war, jetzt in den Zustand Blocking übergegangen ist und als Alternative-Port bezeichnet wird.

Der Port Fa0/3, an den das Kabel des Root-Switches angeschlossen ist, wurde zum Root-Port, während der Port Fa0/2 zum Designated-Port wurde. Lassen Sie uns den Konvergenzprozess noch einmal durchgehen. Ich werde das Kabel SW2-SW1 abziehen und zu der vorherigen Topologie zurückkehren. Sie sehen, dass die Ports von SW2 zunächst blockiert werden und wieder orange leuchten; danach durchlaufen sie nacheinander die Zustände Listening und Learning, bis sie sich im Zustand Forwarding befinden. Dabei wird ein Port grün und der andere, der mit dem Switch SW0 verbunden ist, bleibt orange. Der Konvergenzprozess dauerte recht lange, das sind die Kosten des STP-Betriebs.

Schauen wir uns jetzt an, wie RSTP funktioniert. Beginnen wir mit dem Switch SW2 und geben in seinen Einstellungen den Befehl spanning-tree mode rapid-pvst ein. Diese Kommando hat nur zwei Parameteroptionen: pvst und rapid-pvst, ich verwende den zweiten. Nach der Eingabe des Befehls wechselt der Switch in den RPVST-Modus, dies kann mit dem Befehl show spanning-tree überprüft werden.

Zunächst sehen Sie eine Meldung, dass jetzt das RSTP-Protokoll aktiv ist. Alles andere bleibt unverändert. Danach muss ich dasselbe für alle anderen Geräte tun, und damit ist die RSTP-Konfiguration abgeschlossen. Lassen Sie uns die Funktionsweise dieses Protokolls so betrachten, wie wir es für STP getan haben.

Ich verbinde den Switch SW2 erneut direkt mit dem Root-Switch SW1 – mal sehen, wie schnell die Konvergenz stattfindet. Ich gebe den Befehl show spanning-tree summary ein und sehe, dass zwei Ports des Switches im Blocking-Zustand sind, 1 im Forwarding-Zustand.

Sie sehen, dass die Konvergenz praktisch sofort stattfand, sodass Sie beurteilen können, wie viel schneller RSTP im Vergleich zu STP ist. Weiterhin können wir den Befehl spanning-tree portfast default verwenden, der alle Ports des Switches standardmäßig in den Portfast-Modus versetzt. Dies ist relevant, wenn die meisten Ports des Switches Edge-Ports sind, die direkt mit Hosts verbunden sind. Wenn wir einen Port haben, der kein Edge-Port ist, konfigurieren wir ihn zurück in den spanning-tree-Modus.

Um die Arbeit mit VLANs einzurichten, kann der Befehl spanning-tree vlan mit den Parametern priority (setzt die Priorität des Switches für spanning-tree) oder root (bestimmt den Switch als Wurzel-Switch) verwendet werden. Wir nutzen den Befehl spanning-tree vlan 1 priority und geben als Priorität eine beliebige Zahl an, die ein Vielfaches von 4096 im Bereich von 0 bis 61440 ist. Damit kann die Priorität eines beliebigen VLANs manuell geändert werden.

Es kann der Befehl spanning-tree vlan 1 root mit den Parametern primary oder secondary eingegeben werden, um den primären oder sekundären Root-Port für ein bestimmtes Netzwerk festzulegen. Wenn ich spanning-tree vlan 1 root primary verwende, wird dieser Port der Haupt-Root-Port für das Netzwerk VLAN1 sein.

Ich gebe den Befehl show spanning-tree ein, und wir werden sehen, dass dieser Switch SW2 eine Priorität von 24577 hat, die MAC-Adressen von Root ID und Bridge ID übereinstimmen, was bedeutet, dass er jetzt zum Wurzel-Switch geworden ist.

Sie sehen, wie schnell das Zusammenwachsen und die Rollenwechsel der Switches stattgefunden haben. Jetzt werde ich den Haupt-Switch-Modus mit dem Befehl no spanning-tree vlan 1 root primary aufheben, woraufhin seine Priorität auf den vorherigen Wert 32769 zurückkehrt und die Rolle des Wurzel-Switches wieder an SW1 übergeht.

Lassen Sie uns ansehen, wie Portfast funktioniert. Ich gebe den Befehl int f0/1 ein, gehe in die Einstellungen des Ports und verwende den Befehl spanning-tree. Danach wird das System Parameterwerte vorschlagen.

Anschließend verwende ich den Befehl spanning-tree portfast, den ich mit den Parametern disable (deaktiviert die Portfast-Funktion für diesen Port) oder trunk (aktiviert die Portfast-Funktion für diesen Port sogar im Trunk-Modus) eingeben kann.

Wenn ich spanning-tree portfast eingebe, wird die Funktion einfach für diesen Port aktiviert. Um die BPDU Guard-Funktion zu aktivieren, muss der Befehl spanning-tree bpduguard enable verwendet werden. Der Befehl spanning-tree bpduguard disable deaktiviert diese Funktion.

Ich werde schnell noch etwas anderes erwähnen. Wenn der Switch-Schnittstellenport SW2 in Richtung SW3 für VLAN1 blockiert ist, kann dieser gleiche Port unter anderen Einstellungen für eine andere VLAN, zum Beispiel VLAN2, zum Wurzelport werden. So kann im System ein Mechanismus zur Lastverteilung des Traffics implementiert werden – in einem Fall wird dieses Netzwerksegment nicht verwendet, im anderen Fall wird es verwendet.

Ich zeige, was passiert, wenn beim Anschluss eines Hubs ein Shared-Interface entsteht. Ich werde den Hub in das Diagramm einfügen und ihn mit dem Switch SW2 über zwei Kabel verbinden.

Der Befehl show spanning-tree zeigt das folgende Bild an.

Fa0/5 (der linke untere Port des Switches) wird zum Backup-Port, während der Port Fa0/4 (der rechte untere Port des Switches) zum vergebenen designated-Port wird. Beide Ports sind vom Typ shared, also gemeinsam. Das bedeutet, dass der Segmente der Interfaces des Hub-Switches ein gemeinsames Netzwerk ist.

Durch die Verwendung von RSTP haben wir die Trennung in alternative und Backup-Ports erreicht. Wenn wir den Switch SW2 mit dem Befehl spanning-tree mode pvst in den PVST-Modus versetzen, werden wir feststellen, dass der Interface Fa0/5 wieder in den Zustand Alternative wechselt, da es derzeit keinen Unterschied zwischen dem Backup-Port und dem Alternative-Port gibt.

Das war eine sehr lange Lektion, und wenn Sie etwas nicht verstanden haben, empfehle ich, sie sich noch einmal anzusehen.

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Quelle: habr.com