单点故障解决方案介绍smart link/monitor link /stp
文章目录
- 以太网单点故障
- 单点故障解决方案之Smart Link
- 单设备“链路备份”方案
- Smart Link之链路正常
- Smart Link之链路故障
- Smart Link的基础配置命令
- 案例:配置Smart Link主备链路
- 总结:
- 单点故障解决方案之Monitor Link
- Monitor Link的基本概念
- 应用场景
- 案例:配置Monitor Link 和Smart Link级联
- 总结:
- 单点故障解决方案之STP
- STP技术概述
- STP概述总结:
- STP的基本概念:桥ID(BID)
- STP的基本概念:根桥
- STP的基本概念:Cost
- STP的基本概念:Cost计算方法
- STP的基本概念:RPC(根路径开销)
- STP的基本概念:Port ID
- STP的基本概念:BPDU
- 配置BPDU的报文格式
- 配置BPDU的比较原则
- 配置BPDU的转发过程
- STP的计算过程:
- 选举网桥
- 选举根接口
- 选举指定接口
- 阻塞非指定端口
- 案例:
- STP的接口状态
- STP的接口状态迁移
- 拓扑变化——根桥故障
- 拓扑变化——直连链路故障
- 拓扑变化——非直连链路故障
- 拓扑改变导致MAC地址表错误
- STP的常用基本配置
- 案例:
- 总结:
以太网单点故障
两台设备只有一条线路用以连接通信,没有备份路径。
单点故障解决方案之Smart Link
添加冗余的线路和设备
单设备“链路备份”方案
- Smart Link
- 在实现链路备份的设备上,使用Smart Link技术,创建Smart Link组,在该组中,加入两个端口,其中一个端口是主端口,也称之为Master端口。另外1个端口是备份端口,也称之为SLave端口
- Smart Link端口状态
- Master端口,一直处于活动/转发状态,转发数据
- Slave端口,一直处于非活动/阻塞状态,不转发数据‘
Smart Link之链路正常
- Master 端口
- SWD会将终端设备收到的数据,直接在Master端口发送出去。
- Slave端口smart Link组的Slave端口。当Master端口
- SWD的interface 2 是属于smart Link组的Slave端口。当Master端口处于active状态时,Slave端口一直处于阻塞状态,不转发数据。
Smart Link之链路故障
- Master 端口
- 该端口故障后,立刻停止发送数据
- Slave端口smart Link组的Slave端口。当Master端口
- 属于同一个smart Link组的Slave端口。一旦发现Master端口故障,Slave端口会立刻切换为“active”状态,开始转发数据。
Smart Link的基础配置命令
1.关闭端口的STP
int g0/0/1
stp disable
quit
int g0/0/2
stp disable
quit
2.创建Smart Link组,指定端口角色,并开启SMart Link功能
smart-link group 1
port GigabitEthernet 0/0/1 master
port GigabitEthernet 0/0/1 slave
smart-link enable
案例:配置Smart Link主备链路
实验拓扑
SW1
system-view
vlan 10
port-group group-member g0/0/13 g0/0/14
port link trunk
port trunk allow-pass vlan all
quit
int g0/0/1
port link access
port default vlan 10SW2
system-view
vlan 10
port-group group-member g0/0/23 g0/0/24
port link trunk
port trunk allow-pass vlan all
quit
int g0/0/1
port link access
port default vlan 10
int g0/0/23
stp disable
quit
int g0/0/24
stp disable
quit
smart-link group 1
port GigabitEthernet 0/0/23 master
port GigabitEthernet 0/0/24 slave
smart-link enableSW3
system-view
vlan 10
port-group group-member g0/0/13 g0/0/23
port link trunk
port trunk allow-pass vlan allSW4
system-view
vlan 10
port-group group-member g0/0/14 g0/0/24
port link trunk
port trunk allow-pass vlan all
使用抓包查看23端口
可以看到数据的传输
在抓包24端口,因为24端口是slave所以数据不会经过24端口
总结:
- Smart Link 是一种交换机上使用的二层交换技术
- Smart Link 可以实现交换机的多端口之间的备份
- Smart Link 组中最多只能包含2个接口
- Smart Link的master端口发送数据,Slave 端口作为备份链路
单点故障解决方案之Monitor Link
Monitor Link的基本概念
- Monitor Link组
- Monitor Link组也称之为“监控链路组”,由上行端口和下行端口共同组成,下行端口的状态,随着上行端口的状态的变化而发生变化
- 上行端口
- 也称之为Uplink端口,是指那些被监控的链路,如果上行端口出现故障,则表示Monitor Link组故障,此时的下行端口的状态会立刻强制性的设置为DOWN
- 下行端口
- 也称之为Downlink接口,是指Monitor Link组中的“监控者”。下行端口的状态不影响上行端口以及其他的下行端口的状态
应用场景
Monitor Link的基础配置命令
1.创建Monitor Link 的基础配置命令
monitor-link group 1
port g0/0/1 uplink 1 #上行链路只能有一个
port g0/0/3 downlink 1 #下行链路可以有多个
案例:配置Monitor Link 和Smart Link级联
实验拓扑
实验拓扑使用上面的Smart Link的实验拓扑,本次实验继续在上次的拓扑和配置之上继续完成
SW3
monitor-link group 1
port g0/0/13 uplink
port g0/0/23 downlink
在SW3上关闭端口,SW2流量就会走备份链路,因为master的特性,并不会自动切换,需要配置
smart-link group 1
restore enable #开启自动切换
timer wtr 30 #切换时间为30s
总结:
- Monitor Link可以实现多个端口之间的互相监控
- Monitor Link技术通常是需要和其他的技术结合使用,比如与Smart Link配合
单点故障解决方案之STP
STP的协议详解,请点击STP思维导图
STP技术概述
在一个二层交换网络中,生成一棵树型结构,逻辑的阻塞部分接口,使得从根到所有的节点仅存在唯一的路径;当最佳路径故障时,自动打开部分阻塞端口,来实现线路备份的作用;
技术产生背景:二层交换机网络的冗余性与环路
人为错误导致的二层环路
二层环路带来的问题:广播风暴,MAC地址漂移
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BUM帧:指定广播、未知单播及组播帧。
在网络中部署生成树后,交换机之间会进行生成树协议报文的交互并进行无环拓扑计算,最终将网络中的某个接口进行阻塞,从而打破环路
生成树能动态相应网络拓扑变化调整阻塞接口
STP概述总结:
- STP是一个用于局域网中消除环路的协议。
- 运行该协议的设备通过彼此交互信息而发现网络中的环路,并对某些接口进行阻塞以消除环路
- STP在网络中运行后会持续监控网络的状态,当网络出现拓扑变更时,STP能够感知并且进行自动响应,从而使得网络状态适应新的拓扑结构,保证网络可靠性。
- 由于局域网规模的不断增长,生成树协议已经成为了当前最重要的局域网协议之一。
STP的基本概念:桥ID(BID)
- IEEE 802.1D标准中规定BID由16位的桥优先级与桥MAC地址构成
- 每一台运行STP的交换机都拥有一个唯一的BID
- BID桥优先级占据高16bit,其余的低48bit是桥MAC地址
- 在STP网络中,BiD最小的设备会被选举位根桥
STP的基本概念:根桥
STP的主要作用之一是在整个交换网络中计算出一棵无环的树
根桥是一个STP交换网络中的“树根”
STP开始工作后,会在交换网络中选举一个根桥,根桥是生成树进行拓扑计算的重要“参考点”,是STP计算得出的无环拓扑的树根
在STP网络中,桥ID最小的设备会被选举为根桥。
在BID的比较过程中,首先比较桥优先级,优先级的值越小则越优先,拥有最小优先级值得交换机会成为根桥;如果优先级相等,那麽在比较MAC地址,则拥有最小MAC地址得交换机会成为更网桥
STP的基本概念:Cost
- 每一个激活了STP得接口都维护着一个Cost值,接口得Cost主要用于计算根路径开销,也就是到达根得开销
- 接口得缺省cost除了与其速率、工作模式有关,还与交换机使用得STP Cost计算方法有关
- 接口带宽越大,则Cost值越小
- 用户也可以根据需要通过命令调整接口得Cost
STP的基本概念:Cost计算方法
STP的基本概念:RPC(根路径开销)
- 在STP的拓扑计算过程中,一个非常重要的环节就是丈量交换机某个接口到根网桥的成本,即RPC
- 一台设备从某个接口到达根网桥的RPC等于从根网桥到达该设备沿途所有入方向接口的Cost累加
- 在本例中,SW3从G0/0/1接口到达根桥的RPC等于接口1的Cost加上接口2的Cost
STP的基本概念:Port ID
- 运行STP的交换机使用接口ID来标识每个接口,接口ID主要用于在特定场景下选举指定接口。
- 接口ID由两部分构成的,高4bit是接口优先级,低12bit是接口编号
- 激活STP的接口会维护一个缺省的接口优先级,在华为交换机上,该值为128,用户可以根据实际需要,通过命令修改该优先级
STP的基本概念:BPDU
BPDU是STP能够正常工作的根本,BPDU是STP的协议报文
STP交换机之间会交互的BPDU报文,这些BPDU报文携带着一些重要信息,正是基于这些信息。STP才能够顺利工作。
BPDU分为两种类型:
配置BPDU
TCN BPDU
配置BPDU是STP进行拓扑计算的关键;TCN BPDU只在网络拓扑发生变更时才会触发
配置BPDU的报文格式
配置BPDU的比较原则
STP按照如下顺序选择最优的配置BPDU
- 最小的根桥ID
- 最小的RPC
- 最小的网桥ID
- 最小的接口ID
配置BPDU的转发过程
路径开销:根交换机到非根交换机所有入接口的开销加一起
STP的计算过程:
选举网桥
- STP在交换网络中开始工作后,每个交换机都会向网络中发送配置BPDU,配置BPDU中包含交换机自己的桥ID
- 网络中拥有最小桥ID的交换机成为根桥
- 在一个连续的STP交换网络中只会存在一个根桥
- 根桥的角色是可以抢占的
- 为了确保交换网络的稳定,建议提前规划STP组网,并将规划为根桥的交换机的桥优先级设置为最小值0
选举根接口
- 每一台非根交换机都会在自己的接口中选举出一个接口。
- 非根桥交换机有且只会有一个根接口
- 当非根桥交换机有多个接口接入网络中时,根接口是其收到最优配置BPDU的接口。
- 可以形象的理解为:根接口是每台非根桥上朝向根桥的接口
选举指定接口
根接口选举出来后,非根桥会使用其在该接口上收到的最优BPDU进行计算,然后将计算得到的配置BPDU与除了根接口之外的其他所有接口所收到的配置BPDU进行比较
如果前者更优,则该接口为指定接口
如果后者更优,则该接口为非指定接口
一般情况下,根桥的所有接口都是指定接口
阻塞非指定端口
- 一台交换机上,既不是根接口,又不是指定接口的接口被称为非指定接口
- STP操作的最后一步是阻塞网络总的非指定接口。这一步完成后,网络中的二层环路就此消除
案例:
确定各个角色
根交换机:SW1,优先级一样都为4096,然后比MAC地址,MAC地址SW1最小,所以根桥为SW1
根端口:在非根网桥上,SW2的根端口为g0/0/1,sw3的根端口为g0/0/1
指定接口:SW2 g0/0/2,sw1 g0/0/0 g0/0/1
阻塞端口:SW3 g0/0/1
根交换机:SW1
根端口:SW2的根端口为g0/0/1,sw3的根端口为g0/0/2,对于SW4而言,SW2和SW3的距离都相等,这时需要对比MAC地址,所以SW4的根端口为g0/0/1
指定接口:SW2 g0/0/2 sw3 g0/0/1,sw4g0/0/1,sw1 g0/0/0 g0/0/1
阻塞端口:SW4 g0/0/2
这种情况在判断接口的时候使用port的值比大小,
根交换机:SW1
根端口:SW2 g0/0/1
指定端口:SW1 g0/0/1 g0/0/2
阻塞端口: sw2 g0/0/2
STP的接口状态
STP的接口状态迁移
拓扑变化——根桥故障
拓扑变化——直连链路故障
拓扑变化——非直连链路故障
SW3用20s确定根交换机是否还存在,20s之后给SW2发送BPDU,SW2,重新侦听学习共30s
拓扑改变导致MAC地址表错误
解决方案:TCN BPDU
收到TCN BPDN之后,把老化时间由300s优化到15s
STP的常用基本配置
1.配置生成树工作模式
stp mode stp| rstp|mstp
交换机支持stp、rstp、mstp 默认为mstp
2.配置根桥
stp root primary
配置当前设备为根桥,缺省情况下,交换机不作为任何生成树的根桥。配置后该设备优先级数值自动为0,并且不能更改设备优先级。
3.备份根桥
stp root secondary
配置当前交换机为备份根桥。缺省情况下,交换机不作为任何生成树的备份根桥。配置后该设备优先级数值为4096,并且不能更改设备优先级。
4.配置交换机的STP优先级
stp priority priority
缺省情况下,交换机的优先级取值为32768
5.配置接口路径开销
stp pathcost-standard ?dot1d-1998 IEEE 802.1D-1998dot1t IEEE 802.1Tlegacy Legacy
配置接口路径开销计算方式。缺省情况下,路径开销值得计算方法为IEEE 802.1t(dotlt)标准方法
sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp cost cost
设置当前接口得路径开销值
6.配置接口优先级
stp priority priority
配置接口得优先级。缺省情况下,交换机接口得优先级取值为128
7.启用STP
stp enable
使能交换机得stp/rstp/mstp功能。缺省情况下,设备得stp/rstp/mstp功能处于启用状态。
案例:
SW1
stp mode stp
stp enable
stp priority 0
SW2
stp mode stp
stp enable
stp priority 4096
SW3
stp mode stp
stp enable
查看STP接口状态摘要
总结:
交换网络存在冗余链路,有可能会出现环路,导致广播风暴和MAC地址表翻滚
STP协议是二层交换网络的防环协议
STP协议中的交换机分为根交换机和非根交换机
STP协议的端口分为根端口、指定端口、非指定端口
STP的端口的状态分为禁用、侦听、学习、转发、阻塞
STP的协议报文时BPDU,分为两种类型:配置BPDU和TCN BPDU
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