2024-08-27 20:02:53 +08:00
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# STP 生成树协议
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### 一、为什么需要STP协议
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1. 局域网中容易出现的问题
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- 单点故障和单链路故障，即：当某一条链路故障或某一台设备故障导致大面积主机网络中断
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2. 如何预防单点故障和单链路故障
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- 增加冗余/备份设备：预防单点故障
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- 增加冗余/备份链路：预防单链路故障
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3. 增加冗余/备份链路后，引发的新的问题
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- 交换机与交换机之间增加备份链路后：极有可能形成环状网络，形成二层环路
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二层环路：极有可能会引发广播风暴
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广播风暴一旦形成：会造成网络拥塞，设备宕机，网络不可用
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4. 如何解决因二层环路所导致的广播风暴？
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- STP协议可以解决二层环路：STP会形成一个物理有环，逻辑无环的网络
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### 二、STP协议
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1. **STP是什么**
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> STP：Spanning Tree Protocol 生成树协议
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2. **STP的作用（如何实现逻辑无环，如何防止广播风暴）**
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> 所有交换机物理互相连接
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> 所有交换机启动后，都运行生成树协议
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>
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> 通过生成树协议，逻辑上阻塞端口，从而形成一个逻辑无环拓扑，避免广播风暴。
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>
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> 当现在链路出现问题，被阻塞的链路可以重新启用，从而形成新逻辑无环拓扑，起到了链路备份的作用
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3. **STP的工作原理**
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- 步骤1：选举根网桥（Root Bridge），作为整个网络的根
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- 步骤2：确定根端口(Root Port RP)，在每个非根交换机上选举1个根端口-（RP-根端口）
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- 步骤3：确定指端口(Designated Port DP)，在每条链路（每个网段）上选举1个指定端口-（DP-指定端口）
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- 步骤4：阻塞备用端口(Alternate Port AP)，阻塞非根、非指定端
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4. **步骤1：选举根网桥**
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- 比较网桥ID(BID),选择网桥ID值最小的交换机为根网桥
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- BID:优先级+MAC（总长度8字节）
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- 优先级：默认32768
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- 理论范围 0-65535
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- 实际范围 0-61440 -步长值 4096
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5. **步骤2：确定根端口(Root Port RP)**
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1. 每个非根交换机上选举1个根端口-（RP-根端口）
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- 非根交换机到根交换机的根路径开销值最小的端口（根路径成本最小）
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- 链路带宽 带宽越高 成本值越小
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- 开销 cost （到达根交换机的路径成本）
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- 默认值
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100Mbit端口【200000】
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1000Mbit（1G）端口【20000】
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10000Mbit（10G）端口【2000】
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2. BID:优先级+MAC（对端设备的）
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3. PID（端口ID）:优先级+端口号 （对端设备的）
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> 端口优先级：默认值128 范围：0-240 步长值：16
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6. **步骤3：确定指端口(Designated Port DP)**
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1. 在每条链路（每个网段）上选举1个指定端口-（DP-指定端口）
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- 一条链路上到根交换机的根路径开销值最小的端口（根路径成本最小）
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> 根桥上的接口都是指定端口
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2. 如果根路径成本相同则对比端口所在交换机的网桥ID，网桥ID小的端口为指定端（端口自己所在的网桥ID）
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3. PID（端口ID）:优先级+端口号（自己的）
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> 端口优先级：默认值128 范围：0-240 步长值：16
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7. **STP基础配置**
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[SW1]display stp //查看生成树状态信息
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[SW1]display bridge mac-address //查看交换机自己的MAC
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[SW1]display stp brief //查看接口STP简要信息
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[SW1]stp priority 4096 //修改BID中的优先级
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```
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8. **BPDU报文**
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1. BPDU：桥协议数据单元
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- 作用：交换机之间通过周期性发送BPDU报文，来实现STP功能
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2. BPDU的四个重要字段
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- 根网桥ID：根交换机的BID
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- 根路径开销：本端口累计到根桥的开销值（cost值）
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- 发送网桥ID：本交换机的BID
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- 端口ID：发送该BPDU报文的端口的ID
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3. BPDU 类型
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- 配置 BPDU 和拓扑变更 BPDU。
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9. **STP端口的5种状态**
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- 禁用（disabled) ：强制关闭，没有启动STP协议
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- 阻塞（blocking)：只接收BPDU报文，不发送BPDU报文
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- 侦听（Listening)：比较BPDU报文，确定交换机角色和端口角色
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- 学习（Learning)：基于端口上收到的数据帧，学习MAC地址表
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- 转发（forwardding)：端口最终的状态，能够发送和接收用户数据
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10. **STP 3种的计时器**
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1. hello 时间：端口发送的BPDU报文的时间间隔：默认是2秒
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2. 转发延迟（forward delay）：侦听—学习：15秒 、学习—转发：15秒
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3. 最大老化时间（Max Age)：一个端口最大的“没有接收BPDU”的时间间隔：20秒
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> 50秒的转发延迟
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### 三、RSTP快速生成树协议
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1. **RSTP：快速生成树，在STP的基础上优化而来**
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- 作用：实现网络的快速收敛，降低网络故障时间，提高数据转发的效率
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2. **RSTP对STP的改进**
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- 引入了P/A 机制（让指定端口尽快进入转发状态）
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- 增加了2种端口角色（BP和AP）
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- Backup Port（备份端口）是指定端口的备份端口。
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- Alternate Port（备用端口）是根端口的替换端口。
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- 减少了3种端口状态（禁用、阻塞、侦听三种状态合为一种）
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### 四、MSTP多生成树协议
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1. **MSTP概述**
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1. MSTP作用
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- 默认生成树协议只形成一个网络拓扑，不能有效利用所有网络带宽
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- 为了实现网络的负载均衡，需要让网络形成多个无环拓扑，让不同vlan的主机，选择不同的拓扑来传数据
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2. 端口状态
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- Discarding (丢弃)：相当于STP中的禁用、侦听、阻塞，不转发用户数据
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- Learning(学习)：和STP 中的学习状态相同
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- Forwarding(转发)：和STP中的转发状态相同
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3. MSTP配置
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- 每个交机创建vlan,交换相连的接口配置为trunk
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- 配置STP模式为MSTP
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```
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[SW1]stp mode mstp //修改mstp模式（华为设备默认模式MSTP）
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```
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> 交换机创建MSTP域、定义域名，实例和vlan的对应关系
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> 交换机上激活MSTP区域配置
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2. **配置MSTP，由SW1为vlan10的根，SW2为vlan20的根**
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- 配置步骤
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1. 在所有的交换机中都创建vlan10和vlan20
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2. 交换机连接PC的接口设置为access模式，并加入指定的vlan
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3. 交换机和交换机互联的接口设置trunk模式，并允许vlan10和vlan20 通过
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4. 在所有的交换机中配置MSTP，所有交换机中的MSTP配置都要完全相同
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5. 指定SW1为vlan10的主根
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6. 指定SW2为vlan20的主根
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- 配置命令
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- S1、S2、S3创建vlan并配置连接交换机的端口为trunk
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```
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[S1]vlan batch 10 20
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[S1]port-group 1
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[S1-port-group-1]group-member g0/0/5 g0/0/6
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[S1-port-group-1]port link-type trunk
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[S1-port-group-1]port trunk allow-pass vlan 10 20
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```
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```
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[S2]vlan batch 10 20
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[S2]port-group 1
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[S2-port-group-1]group-member g0/0/5 g0/0/6
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[S2-port-group-1]port link-type trunk
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[S2-port-group-1]port trunk allow-pass vlan 10 20
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```
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```
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[S3]vlan batch 10 20
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[S3]port-group 1
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[S3-port-group-1]group-member g0/0/5 g0/0/6
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[S3-port-group-1]port link-type trunk
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[S3-port-group-1]port trunk allow-pass vlan 10 20
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```
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- 配置PC1加入vlan10、PC2加入vlan20
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```
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[S3]interface GigabitEthernet 0/0/1
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[S3-GigabitEthernet0/0/1]port link-type access
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[S3-GigabitEthernet0/0/1]port default vlan 10
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[S3]interface GigabitEthernet 0/0/2
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[S3-GigabitEthernet0/0/2]port link-type access
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[S3-GigabitEthernet0/0/2]port default vlan 20
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```
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- S1、S2、S3配置MSTP区域并激活
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```
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[S1]stp mode mstp 启用MSTP协议
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[S1]stp region-configuration 创建MSTP区域
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[S1-mst-region]region-name ntd定义区域名为ntd
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[S1-mst-region]instance 1 vlan 10指定实例与vlan的对应关系
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[S1-mst-region]instance 2 vlan 20
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[S1-mst-region]active region-configuration激活区域配置
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```
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```
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[S2]stp mode mstp 启用MSTP协议
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[S2]stp region-configuration 创建MSTP区域
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[S2-mst-region]region-name ntd定义区域名为ntd
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[S2-mst-region]instance 1 vlan 10指定实例与vlan的对应关系
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[S2-mst-region]instance 2 vlan 20
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[S2-mst-region]active region-configuration激活区域配置
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```
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|
```
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|
[S3]stp mode mstp 启用MSTP协议
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|
[S3]stp region-configuration 创建MSTP区域
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|
[S3-mst-region]region-name ntd定义区域名为ntd
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[S3-mst-region]instance 1 vlan 10指定实例与vlan的对应关系
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[S3-mst-region]instance 2 vlan 20
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[S3-mst-region]active region-configuration激活区域配置
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```
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- 配置SW1为vlan10的根、SW2为vlan20的根
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```
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|
[S1]stp instance 1 priority 4096
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[S2]stp instance 2 priority 4096
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|
```
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- 查看验证
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```
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<S1>display stp instance 1 brief
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查看S1的instance 1 g0/0/5 g0/0/6都是指定接口
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```
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```
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<S2>display stp instance 2 brief
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查看S2的instance 2 g0/0/5 g0/0/6都是指定接口
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```
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2024-08-29 08:54:45 +08:00
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3. 实验MSTP负载均衡
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- 需求
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- PC1属于 vlan 10 ，IP地址为 192.168.10.1/24，网关为 192.168.10.254
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- PC2属于 vlan 20 ，IP地址为 192.168.20.1/24，网关为 192.168.20.254
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- 确保PC1与PC2互通
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- 配置 MSTP ，SW1为 vlan10的主根、vlan20的次根，SW2为vlan10的主根、vlan10的次根
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- 配置步骤
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1. 配置PC的IP地址
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2. 在所有的交换机中都创建vlan10和vlan20
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3. 交换机连接PC的接口设置为access模式，并加入指定的vlan
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4. 交换机和交换机互联的接口设置trunk模式，并允许vlan10和vlan20 通过
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5. 在所有的交换机中配置MSTP，所有交换机中的MSTP配置都要完全相同
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6. 指定SW1为vlan10的主根， vlan20的备根
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7. 指定SW2为vlan20的主根， vlan10的备根
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8. 配置路由器接口的IP地址
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- 配置命令
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- S1、S2、S3创建vlan并配置连接交换机的端口为trunk
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```
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[S1]VLAN batch 10 20
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[S1]port-group 1
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[S1-port-group-1]group-member G0/0/5 G0/0/6
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[S1-port-group-1]port link-type trunk
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[S1-GigabitEthernet0/0/5]port trunk allow-pass vlan ALL
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```
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```
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[S2]VLAN batch 10 20
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[S2]port-group 1
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[S2-port-group-1]group-member G0/0/5 G0/0/6
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[S2-port-group-1]port link-type trunk
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[S2-GigabitEthernet0/0/5]port trunk allow-pass vlan ALL
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```
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```
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[S3]VLAN batch 10 20
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[S3]port-group 1
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[S3-port-group-1]group-member G0/0/5 G0/0/6
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[S3-port-group-1]port link-type trunk
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[S3-GigabitEthernet0/0/5]port trunk allow-pass vlan ALL
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```
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- S1、S2、S3配置MSTP区域并激活
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```
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[S1]stp mode mstp 启用MSTP协议
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[S1]stp region-configuration 创建区域
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[S1-mst-region]region-name ntd 定义区域名为ntd
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[S1-mst-region]instance 1 vlan 10 指定vlan与实例的对应关系
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[S1-mst-region]instance 2 vlan 20
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[S1-mst-region]active region-configuration 激活区域配置
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```
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```
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[S2]stp mode mstp 启用MSTP协议
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[S2]stp region-configuration 创建区域
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[S2-mst-region]region-name ntd 定义区域名为ntd
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[S2-mst-region]instance 1 vlan 10 指定vlan与实例的对应关系
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[S2-mst-region]instance 2 vlan 20
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[S2-mst-region]active region-configuration 激活区域配置
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```
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```
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[S3]stp mode mstp 启用MSTP协议
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[S3]stp region-configuration 创建区域
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[S3-mst-region]region-name ntd 定义区域名为ntd
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[S3-mst-region]instance 1 vlan 10 指定vlan与实例的对应关系
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[S3-mst-region]instance 2 vlan 20
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[S3-mst-region]active region-configuration 激活区域配置
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```
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- 配置S1为vlan10的主根、vlan20的次根网桥并查看配置
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```
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[S1]stp instance 1 priority 0
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[S1]stp instance 2 priority 4096
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```
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- 配置S2为vlan20的主根、vlan10的次根根网桥并查看配置
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```
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[S2]stp instance 2 priority 0
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[S2]stp instance 1 priority 4096
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```
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- 配置PC1加入vlan10、PC2加入vlan20
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```
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[S3]interface GigabitEthernet 0/0/1
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[S3-GigabitEthernet0/0/1]port link-type access
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[S3-GigabitEthernet0/0/1]port default vlan 10
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[S3]interface GigabitEthernet 0/0/2
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[S3-GigabitEthernet0/0/2]port link-type access
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[S3-GigabitEthernet0/0/2]port default vlan 20
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```
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- 配置S1与路由相连的接口加入vlan10
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```
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[S1]interface GigabitEthernet 0/0/1
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[S1-GigabitEthernet0/0/1]port link-type access
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[S1-GigabitEthernet0/0/1]port default vlan 10
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```
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- 配置S2与路由相连的接口加入 vlan20
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```
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[S2]interface GigabitEthernet 0/0/2
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[S2-GigabitEthernet0/0/2]port link-type access
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[S2-GigabitEthernet0/0/2]port default vlan 20
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```
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- 配置路由器接口IP
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[R1]interface GigabitEthernet 0/0/1
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[R1-GigabitEthernet0/0/1]ip address 192.168.10.254 24
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[R1]interface GigabitEthernet 0/0/2
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[R1-GigabitEthernet0/0/2]ip address 192.168.20.254 24
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```
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- 测试与验证
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pc1 ping pc2 通
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```
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- 查看验证
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```
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<S1>display stp instance 1 brief
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查看S1的instance 1 g0/0/5 g0/0/6都是指定接口
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<S2>display stp instance 2 brief
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查看S2的instance 2 g0/0/5 g0/0/6都是指定接口
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