路由交换技术电子教案-ch06-避免企业二层环路.docxVIP

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2025-03-21 发布于山东
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路由交换技术电子教案-ch06-避免企业二层环路.docx

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教案

序号

周次

授课形式

讲练结合

授课章节名称

项目6避免企业二层环路

教学目的

1.了解STP的基本原理；

2.理解STP的运行原理；

3.掌握STP的配置。

教学重点

1.掌握STP的配置。

教学难点

1.理解STP的运行原理。

使用教具

计算机、ppt、eNSP、触摸白板

课外作业

复习本节，预习下节

课后体会

同学们对本堂课的掌握情况良好

授课主要内容

本项目知识图谱

6.1生成树协议的技术背景

1．二层网络的冗余

在二层网络中，经常使用冗余拓扑来提高网络的带宽和可靠性，防止单点故障发生，增加网络容量，从而实现网络的高可用性。这种冗余设计包括在网络中配置冗余链路或冗余设备，以便在单个链路出现故障时，数据可以通过备用链路继续传输，如图6-3所示。

图6-3二层网络环路的产生

2．二层环路的影响

冗余设计虽然提高了网络的可靠性，但同时也可能引发二层环路问题。在存在多个交换机且它们之间有多条路径的情况下，若缺乏适当的环路防护措施，数据帧有可能陷入无限循环，形成所谓的二层环路。二层环路对网络的负面影响是巨大的。首先，它会导致广播包在网络中无节制地扩散，形成广播风暴。这种风暴会大量消耗网络资源，显著降低网络性能，甚至可能造成通信中断。其次，环路的存在还会导致MAC地址表频繁更新，使得交换机难以准确学习和记录MAC地址，进而影响数据帧的正常转发。除此之外，二层环路还会导致网络延迟增加和丢包率上升，从而降低网络传输效率。

6.2生成树协议的基本概念

生成树协议分为标准生成树协议（SpanningTreeProtocol，STP）、快速生成树协议（RapidSpanningTreeProtocol，RSTP）和多生成树协议（MultipleSpanningTreeProtocol，MSTP）3个版本，分别对应IEEE发布的802.1D、802.1W和802.1S标准。后续文中，一般用STP来代表标准生成树协议。生成树协议是二层网络中用于消除环路的协议，运行生成树协议的设备通过彼此交互信息以发现网络中的环路，并有选择的对某个接口进行阻塞，生成无环路的树形结构，从而防止报文在环形网络中不断循环，解决二层网络中出现的广播风暴和MAC地址震荡的问题。

1．桥

早期的交换机由于只有两个转发接口，常常被称为桥（Bridge），或网桥，在IEEE标准中，将桥这个术语沿用至今，交换机与桥这两个术语可以混用。

2．桥ID

在一个桥的多个转发接口中，通常把接口编号最小的那个接口的MAC地址作为整个桥的MAC地址。在生成树协议中，每一台交换机都有一个标识符，叫做桥ID（BridgeID）。桥ID由16位的桥优先级（BridgePriority）和48位的MAC地址构成。桥的优先级的默认值为32768，可以修改，但必须为4096的倍数，取值范围是0～65535。

3．根桥

由于生成树协议的主要作用是在整个交换网络中计算出一棵无环的“树”，树形的结构必须有树根，于是生成树协议引入了根桥（RootBridge）概念，根桥就是一个生成树协议中的“树根”。

4．开销

交换机的每个端口都有一个端口开销（Cost），此参数表示该端口在生成树协议中的开销值。端口的Cost主要用于计算根路径开销，也就是到达根的开销。默认情况下Cost值与端口的带宽有关，带宽越大，开销越小，端口Cost值还与其速率、工作模式、交换机使用的生成树协议中的Cost计算方法等有关。

5．根路径开销

在生成树协议的拓扑计算过程中，一个非常重要的环节就是计算即根路径开销（RootPathCost，RPC），即从一个起点到达根桥的路径上所有入方向端口Cost的总和。生成树协议通过对比多条路径的路径开销，选出非根桥到达根桥的最短路径，这条最短路径的路径开销被称为RPC。生成树协议通过计算路径开销，选择RPC最小的链路，阻塞多余的链路，将网络修剪成无环路的树形网格结构。

6．端口ID

在运行生成树协议的交换机中，使用端口ID（PortID）识别每个端口，主要用于选举指定端口。端口ID的结构分为两部分，高4位代表端口优先级，而低12位代表端口编号。交换机上的端口在启用生成树协议时会默认设置一个优先级，华为交换机上的默认值是128。用户可以根据实际需求，通过相应命令调整这一优先级设置。

6.3STP的报文类型

标准生成树协议（SpanningTreeProtocol，STP），以下简称STP，使用网桥协议数据单元（BridgeProtocolDataUnit，BPDU）作为协议报文。这些BPDU报文封装在以太网帧内，并使用特定的组播MAC地址（0180-C200-0000）作为目的地址。BPDU报文分为两种类型，一是配置BPDU（Configuration