A模塊 系統與網絡安全 第四門課 彈性交換網絡-2

今日目標

  • STP協議概述
  • STP工作原理
  • 選舉根端口和指定端口
  • BPDU
  • MSTP工作原理及配置
  • MSTP負載均衡

1 STP協議概述

1.1 環路的危害

單點故障

  • PC之間的互通鏈路僅僅存在1個
    任何一條鏈路出現問題，PC之間都會無法通信
    在這里插入圖片描述

解決方案

  • 提高網絡可靠性
    增加冗余/備份鏈路
    在這里插入圖片描述

產生新的問題

  • 增加備份鏈路后交換網絡上產生二層環路
    PC1訪問PC2,PC1知道PC2的IP地址，但是不知識PC2的MAC地址
    PC1會發送ARP廣播（目的MAC為全FFFF數據幀）

在這里插入圖片描述

環路導致廣播風暴

  • 環路導致廣播風暴
    交換機收到廣播幀后，會從除接收端口外的其他所有接口廣播
    廣播幀在交換機之間一直循環下去，眾多的廣播幀最終形成廣播風暴
    在這里插入圖片描述

廣播風暴導致網絡不可用

  • 廣播風暴導致網絡癱瘓
    廣播幀增多形成廣播風暴，從而導致鏈路擁塞，并極大消耗設備資源，最終導致網絡擁塞不可用，還會導致設備宕機不可用
    在這里插入圖片描述

1.2 消除環路：STP協議

STP概述

  • STP:生成樹協議(IEEE802.1d)
    STP:Spanning Tree Protocol(生成樹協議)
    通過阻塞某個接口在邏輯上斷開環路，防止廣播風暴，破除二層環路
    當主線路故障，阻塞接口被激活，主線路恢復，備份線路再次被阻塞
    在這里插入圖片描述
  • STP:生成樹協議
    交換機之間通過周期性的發送BPDU報文，來實現STP的功能
  • BPDU:橋協議數據單元
    Bridge Protocol Data Unit一橋協議數據單元，即STP協議的報文也稱二層的“心跳報文”，周期性發送，默認每2秒發送1次組播發送，組播MAC地址為：01-80-C2-00-00-00

2 STP工作原理

STP工作原理

步驟1：選舉根交換機
步驟2：在每個非根交換機上選舉1個根端口
步驟3：在每條鏈路（每個網段）上選舉1個指定端口
步驟4：阻塞非根端口、非指定端口
在這里插入圖片描述

2.1 選舉根交換機

選舉根交換機

  • 根網橋（根交換機）
    STP引入了根橋(Root Bridge)概念
    在一個STP網絡中，根橋只有一個
    STP初始化時，所有的交換機都認為自己是“根交換機”
    交換機之間通過比較BID的來確定根交換機，BD值小的為根交換機
  • 網橋ID(BID)
    STP協議為交換機取的名字，用于在交換網絡中唯一標識該設備
    BID是優先級與MAC地址組成，BID值越小越優先
    B1D優先級取值范圍：0~61440、默認值是：32768
    BID優先級步長值：4096(0或4096的倍數)
    在這里插入圖片描述
  • 通常根據BID優先級，選擇根交換機
    BD值小的為根交換機，首先比較優先級，優先級小的為根交換機
    如果優先級一致，則MAC地址小的為根交換機
    在這里插入圖片描述

STP配置命令

  • 啟動或關閉交換機的STP功能
    默認情況下交換機的STP功能處于開啟狀態
[Huawei]stp {enable disable}
  • 選擇交換機的STP運行模式
    默認情況下交換機的STP運行模式為MSTP
[Huawei]stp mode (stp|rstp mstp}
  • 修改交換機的STP優先級，設置根交換機
[Huawei]stp priority 4096    //設置STP的優先級為4096
  • 查看生成樹狀態信息
[Huawei]display stp

3 選舉根端口和指定端口

3.1 選舉根端口

  • 根端口定律
    非根交換機中有且只有一個根端口
  • 選舉根端口原則
    非根交換機到根交換機的根路徑開銷值最小的端口（此端口到根的路徑成本之和最低）如果根路徑開銷值相同，則比較對端交換機的BID,越小越優
    如果對端BID也相同，則比較對端的PID,越小越優(PID由端口優先級和端口號組成，優先級取值范圍：0~240、步長值為16、端口優先級默認為128，所以端?號小PID就小)
    在這里插入圖片描述
  • 路徑開銷（路徑成本）：Cost
    交換機的每一個端口都有一個路徑開銷-Cost值
    交換機端口Cost值和端口帶寬有關，帶寬越高，Cost值越小
    默認情況下千兆端口開銷為20000
    默認情況下百兆端口開銷為200000
    在這里插入圖片描述
  • 在非根網橋SW2/SW3上，選擇一個根端口(RP)
    到根交換機的根路徑開銷值最小的端口，即根端口
    SW2/SW3的根端口為G0/0/1
    在這里插入圖片描述

3.2 選舉指定端口

  • 指定端口定律
    在每條鏈路上選擇一個指定端口
    根交換機的接口全是指定端口
  • 選舉指定端口原則
    一條鏈路上，到根交換機的根路徑開銷值最小的端口，即指定端口
    如果根路徑開銷相同，則比較接口所在交換機的BID,越小越優
    如果交換機的BID也相同，則比較=PID,越小越優

3.3 生成樹算法的結果

  • 最后剩下的端口，被阻塞
    在這里插入圖片描述
  • 最終形成“數據轉發路徑”
    在這里插入圖片描述
  • 被“阻塞”的鏈路，作為“備份”鏈路
    在這里插入圖片描述

4 BPDU

  • BPDU的4個關鍵字段，用于選舉交換機角色和端口角色
BPDU報文字段字段作用
協議ID
協議版本號
報文類型
拓撲變化標志
根網橋ID當前根橋的BID
根路徑開銷本端口累計到根橋的開銷值(Cost)
發送網橋ID本交換設備的BID
端口ID發送該BPDU報文的端口ID (PID)
報文老化時間
消息老化時間
發送報文間隔時間
轉發延遲時間

STP的收斂

  • STP端口的5種狀態
狀態用途
禁用(Disabled)強制關閉，沒有啟用STP協議
阻塞(Blocking)只接收BPDU,不能發送BPDU
偵聽(Listening)比較BPDU,確定交換機角色和端口角色
學習(Learning)基于端口上收到的數據幀，學習MAC地址表
轉發(Forwarding)端口的最終的完美狀態，發送和接收用戶數據

  • STP的3種計時器，用于維護STP
    Hello時間：端口發送BPDU報文的時間間隔，默認是2s
    轉發延遲(Forward delay):端口從偵聽到學習狀態，分別停留的時間
    最大老化時間(Max Age):一個端口最大的“沒有接收BPDU”的時間間隔

  • STP的收斂時間為：30s~50s,非常慢
    在這里插入圖片描述

5 MSTP工作原理及配置

STP回顧

  • 弊端
    收斂時間慢：30s~50s
    設備利用率低

  • 方案
    RSTP,快速生成樹協議
    MSTP,多生成樹協議

RSTP概述

  • RSTP:快速生成樹協議
    STP的基礎上優化而來
    實現網絡的快速收斂，降低網絡故障時間，提高數據轉發的效率
  • RSTP對STP的改進
    增加了2種端口角色(AP和BP)
    RSTP將STP的5種狀態減少到了3種：轉發(Forwarding)、學習(Learning)、丟棄(Discarding)
    引入了讓指定端口盡快進入轉發狀態的機制(P/A機制)
  • RSTP的不足
    RSTP和STP有一個共同缺陷：局域網內所有的VLAN共享一棵生成樹。
    所有的VLAN的數據轉發路徑是相同的。
    交換機之間的多個鏈路，只能實現備份的作用，永遠只會使用其中的主鏈路轉發數據，無法實現VLAN數據流的負載均衡，從而無法提高設備利用率，還有可能造成部分VLAN的數據流無法轉發。

MSTP概述

  1. MSTP,即Multiple STP,多生成樹協議
    RSTP的基礎上優化而來
    MSTP網絡中，引入了域的概念，稱為MST域
    每個MST域中包含一個或多個“生成樹”稱之為“實例”
    引入了實例(instance)的概念，實現VLAN數據流的負載均衡
    默認情況下，所有的VLAN都屬于同一個默認的實例-Instance0
    可以基于需求，可以將不同的VLAN分配到不同的實例中
    不同的實例，就是不同的“生成樹”，就對應著多個不同的“根橋”

配置思路

1. 每個交換機創建相同的VLAN
2. 交換機之間的鏈路配置為Trunk,允許所有的VLAN通過
3. 交換機啟用STP協議，配置模式為MSTP
4. 交換機指定MST域的域名、實例和vlan的對應關系
5. 交換機上激活MST域的配置
6. 驗證與測試MST域的配置

  1. 同一個MST域的交換機配置特點：
    都啟動了MSTP
    域名配置相同
    實例配置相同

6 MSTP負載均衡衡

  1. STP/RSTP的弊端
    所有的VLAN共用一個“生成樹”，防止環路的同時只能確保一半的設備得到利用，另外
    一半的設備僅僅用作“備份”，無法提高設備的利用率
  2. MSTP負載均衡
    不同的VLAN關聯到不同的實例
    不同的實例的根交換機放置在不同的交換機上
    不同的VLAN通過不同的根交換機進行數據的轉發，從而確保提高設備的利用率，同時設
    備之間還能實現備份
    在這里插入圖片描述
  3. 需求描述
    PC1屬于VLAN10,IP地址為192.168.10.1/24，網關為192.168.10.254
    PC2屬于VLAN20,1P地址為192.168.20.1/24，網關為192.168.20.254
    確保PC1與PC2互通
    合理配置MSTP,確保PC1與PC2之間的互通路徑是最優的

練習

  1. 選舉根交換機
  2. 理解STP工作原理
  3. MSTP負載均衡一
  4. MSTP負載均衡二

1 選舉根交換機

1.1 問題

設置SW1的STP優先級為4096，讓SW1成為根交換機

查看根交換機信息

1.2 方案

使用eNSP 搭建實全環境，如圖-1所示。

在這里插入圖片描述

圖-1

1.3 步驟

實現此案例需要按照如下步驟進行。

[SW1]stp priority 4096     //設置STP的優先級為4096
<SW1>display stp 
-------[CIST Global Info][Mode STP]-------
CIST Bridge         :4096 .4c1f-ccca-079f            （本機的BID）
Config Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
Active Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
CIST Root/ERPC      :4096 .4c1f-ccca-079f / 0       （根網橋的BID）
<SW2>display stp
-------[CIST Global Info][Mode STP]-------
CIST Bridge         :32768.4c1f-ccb9-2000            （本機的BID）
Config Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
Active Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
CIST Root/ERPC      :4096 .4c1f-ccca-079f / 20000   （根網橋的BID）
<SW3>display stp
-------[CIST Global Info][Mode STP]-------
CIST Bridge         :32768.4c1f-cc9e-6330          （本機的BID）
Config Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
Active Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
CIST Root/ERPC      :4096 .4c1f-ccca-079f / 20000  （根網橋的BID）

2 理解STP工作原理

2.1 問題

如何選擇根網橋、根端口、指定端口、被阻塞的端口？

2.2 方案

使用eNSP 搭建實全環境，如圖-2所示。

在這里插入圖片描述

圖-2

2.3 步驟

實現此案例需要按照如下步驟進行。

1）設置工作模式為STP，并設置SW1/SW2的STP的優先級

[SW1]stp priority 4096     //設置STP的優先級為4096
[SW2]stp priority 8192    //設置STP的優先級為8192
[SW1]display  stp  brief     //顯示STP簡要信息
[SW2]display  stp  brief     //顯示STP簡要信息
[SW3]display  stp  brief     //顯示STP簡要信息

2）選擇根網橋

網橋ID最小

3）選擇根端口(非根網橋)

此端口到達根網橋路徑成本最低
此端口直連網橋ID最小

4）選擇指定端口(每根網線)

根網橋上所有端口都是指定端口
此端口所在交換機到達根網橋成本最低
此端口所在的換機的網橋ID最小

3 MSTP負載均衡一

3.1 問題

3.2 方案

使用eNSP搭建實驗環境，如圖-3所示。

在這里插入圖片描述

圖-3

3.3 步驟

實現此案例需要按照如下步驟進行。

[S1]vlan batch 10 20
[S1]port-group 1
[S1-port-group-1]group-member g0/0/5 g0/0/6
[S1-port-group-1]port link-type trunk 
[S1-port-group-1]port trunk allow-pass vlan 10 20
[S2]vlan batch 10 20
[S2]port-group 1
[S2-port-group-1]group-member g0/0/5 g0/0/6
[S2-port-group-1]port link-type trunk 
[S2-port-group-1]port trunk allow-pass vlan 10 20
[S3]vlan batch 10 20
[S3]port-group 1
[S3-port-group-1]group-member g0/0/5 g0/0/6
[S3-port-group-1]port link-type trunk 
[S3-port-group-1]port trunk allow-pass vlan 10 20
[S3]interface GigabitEthernet 0/0/1
[S3-GigabitEthernet0/0/1]port link-type access 
[S3-GigabitEthernet0/0/1]port default vlan 10
[S3]interface GigabitEthernet 0/0/2
[S3-GigabitEthernet0/0/2]port link-type access 
[S3-GigabitEthernet0/0/2]port default vlan 20
[S1]stp mode mstp 啟用MSTP協議
[S1]stp region-configuration 創建MSTP區域
[S1-mst-region]region-name ntd定義區域名為ntd
[S1-mst-region]instance 1 vlan 10指定實例與vlan的對應關系
[S1-mst-region]instance 2 vlan 20
[S1-mst-region]active region-configuration激活區域配置
[S2]stp mode mstp 啟用MSTP協議
[S2]stp region-configuration 創建MSTP區域
[S2-mst-region]region-name ntd定義區域名為ntd
[S2-mst-region]instance 1 vlan 10指定實例與vlan的對應關系
[S2-mst-region]instance 2 vlan 20
[S2-mst-region]active region-configuration激活區域配置
[S3]stp mode mstp 啟用MSTP協議
[S3]stp region-configuration 創建MSTP區域
[S3-mst-region]region-name ntd定義區域名為ntd
[S3-mst-region]instance 1 vlan 10指定實例與vlan的對應關系
[S3-mst-region]instance 2 vlan 20
[S3-mst-region]active region-configuration激活區域配置
[S1]stp instance 1 priority 4096
[S2]stp instance 2 priority 4096
<S1>display stp instance 1 brief 
查看S1的instance 1 g0/0/5 g0/0/6都是指定接口
<S2>display stp instance 2 brief 
查看S2的instance 2 g0/0/5 g0/0/6都是指定接口

4 MSTP負載均衡二

4.1 問題

1）PC1屬于 vlan 10 ，IP地址為 192.168.10.1/24，網關為 192.168.10.254

2）PC2屬于 vlan 20 ，IP地址為 192.168.20.1/24，網關為 192.168.20.254

3）確保PC1與PC2互通

4）配置 MSTP ，SW1為 vlan10的主根、vlan20的次根，SW2為vlan10的主根、vlan10的次根

4.2 方案

使用eNSP搭建實驗環境，如圖-4所示。

在這里插入圖片描述

圖-4

4.3 步驟

實現此案例需要按照如下步驟進行。

[S1]VLAN batch 10 20
[S1]port-group 1
[S1-port-group-1]group-member G0/0/5 G0/0/6
[S1-port-group-1]port link-type trunk 
[S1-GigabitEthernet0/0/5]port trunk allow-pass vlan ALL
[S2]VLAN batch 10 20
[S2]port-group 1
[S2-port-group-1]group-member G0/0/5 G0/0/6
[S2-port-group-1]port link-type trunk 
[S2-GigabitEthernet0/0/5]port trunk allow-pass vlan ALL
[S3]VLAN batch 10 20
[S3]port-group 1
[S3-port-group-1]group-member G0/0/5 G0/0/6
[S3-port-group-1]port link-type trunk 
[S3-GigabitEthernet0/0/5]port trunk allow-pass vlan ALL
[S1]stp mode mstp 啟用MSTP協議
[S1]stp region-configuration 創建區域
[S1-mst-region]region-name ntd 定義區域名為ntd
[S1-mst-region]instance 1 vlan 10 指定vlan與實例的對應關系
[S1-mst-region]instance 2 vlan 20
[S1-mst-region]active region-configuration 激活區域配置
[S2]stp mode mstp 啟用MSTP協議
[S2]stp region-configuration 創建區域
[S2-mst-region]region-name ntd 定義區域名為ntd
[S2-mst-region]instance 1 vlan 10 指定vlan與實例的對應關系
[S2-mst-region]instance 2 vlan 20
[S2-mst-region]active region-configuration 激活區域配置
[S3]stp mode mstp 啟用MSTP協議
[S3]stp region-configuration 創建區域
[S3-mst-region]region-name ntd 定義區域名為ntd
[S3-mst-region]instance 1 vlan 10 指定vlan與實例的對應關系
[S3-mst-region]instance 2 vlan 20
[S3-mst-region]active region-configuration 激活區域配置
[S1]stp instance 1 priority 0 
[S1]stp instance 2 priority 4096
[S2]stp instance 2 priority 0
[S2]stp instance 1 priority 4096
[S3]interface GigabitEthernet 0/0/1
[S3-GigabitEthernet0/0/1]port link-type access 
[S3-GigabitEthernet0/0/1]port default vlan 10
[S3]interface GigabitEthernet 0/0/2
[S3-GigabitEthernet0/0/2]port link-type access 
[S3-GigabitEthernet0/0/2]port default vlan 20
[S1]interface GigabitEthernet 0/0/1
[S1-GigabitEthernet0/0/1]port link-type access 
[S1-GigabitEthernet0/0/1]port default vlan 10
[S2]interface GigabitEthernet 0/0/2
[S2-GigabitEthernet0/0/2]port link-type access 
[S2-GigabitEthernet0/0/2]port default vlan 20
[R1]interface GigabitEthernet 0/0/1
[R1-GigabitEthernet0/0/1]ip address 192.168.10.254 24
[R1]interface GigabitEthernet 0/0/2
[R1-GigabitEthernet0/0/2]ip address 192.168.20.254 24
pc1 ping  pc2  通<S1>display stp instance 1 brief 
查看S1的instance 1 g0/0/5 g0/0/6都是指定接口
<S2>display stp instance 2 brief 
查看S2的instance 2 g0/0/5 g0/0/6都是指定接口

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一.為什么要繼承呢&#xff1f;可以保持原有類的功能上擴展新功能&#xff0c;繼承主要解決的問題是共性的抽取&#xff0c;實現代碼的復用二.繼承的語法舉例&#xff1a;相關圖像&#xff1a;三.父類成員訪問1.子類中&#xff08;注意&#xff09;訪問父類的成員變量了解原因&…
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掌握 Winget 安裝：從 Microsoft Store 到 winget-install 腳本的完整方案

掌握 Winget 安裝：從 Microsoft Store 到 winget-install 腳本的完整方案

掌握 Winget 安裝&#xff1a;從 Microsoft Store 到 winget-install 腳本的完整方案 Winget 作為 Windows 官方推出的命令行包管理工具&#xff0c;能極大簡化軟件的安裝、升級與卸載流程。本文將系統梳理從官方渠道到第三方工具的多種安裝方式&#xff0c;涵蓋普通用戶、開發…
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簡單來說:Redis的增量同步是怎么一回事

簡單來說:Redis的增量同步是怎么一回事

簡單來說&#xff1a; 增量同步就是Master 只把比 Slave 新的數據發給 Slave&#xff0c;而不是發送全部數據。它像一個持續更新的直播流&#xff0c;或者我之前比喻的“每日更新期刊”。Slave 不用重新加載所有數據&#xff0c;只需要接收和應用這些新的更新。 這就像&#xf…
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MySQL 安全優化指南：保護你的數據庫免受攻擊

MySQL 安全優化指南：保護你的數據庫免受攻擊

在當今高度互聯的數字世界中，數據是企業的核心資產，而數據庫則是存儲這些資產的堡壘。作為最流行的開源關系型數據庫之一，MySQL 被廣泛應用于各種業務場景。然而，其普及性也使其成為網絡攻擊者青睞的目標。一旦數據庫被攻破，可能導致敏感數據泄露、業務中斷、聲譽受損，甚…
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界面控件Telerik UI for WinForms 2025 Q2亮點 - 支持.NET 10 Preview

界面控件Telerik UI for WinForms 2025 Q2亮點 - 支持.NET 10 Preview

隨著2025年第二季度新版本的發布&#xff0c;Progress Telerik通過流行的集成IDE的AI編碼助手&#xff0c;基于提示的樣式和基于GenAI的報表見解重新定義了開發人員的工作效率&#xff01; Telerik和Kendo UI在構建尖端應用程序時繼續推動開發人員工作效率提升&#xff0c;202…
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DVWA靶場通關筆記-驗證碼繞過reCAPTCHA(Medium級別)

DVWA靶場通關筆記-驗證碼繞過reCAPTCHA(Medium級別)

目錄 一、reCAPTCHA 二、代碼審計&#xff08;Medium級別&#xff09; 1、滲透準備 &#xff08;1&#xff09;配置security為Medium級別。 &#xff08;2&#xff09;配置RECAPTCHA參數 &#xff08;3&#xff09;再次打開靶場 2、源碼分析 &#xff08;1&#xff09;…
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人工智能安全基礎復習用：對抗樣本檢測與防御

人工智能安全基礎復習用：對抗樣本檢測與防御

一、對抗樣本&#xff08;Adversarial Examples&#xff09;定義&#xff1a;對輸入樣本添加人眼無法察覺的細微干擾&#xff0c;導致模型以高置信度輸出錯誤結果。對抗樣本的分布通常偏離自然數據分布&#xff0c;與正常樣本在模型中間層/輸出層的分布存在差異。核心目標&…
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[數學基礎] 矩陣的秩及其應用

[數學基礎] 矩陣的秩及其應用

深入淺出&#xff1a;矩陣的秩及其應用 文章目錄深入淺出&#xff1a;矩陣的秩及其應用一、數學定義二、核心作用三、計算方法與步驟方法1&#xff1a;高斯消元法&#xff08;最常用&#xff09;方法2&#xff1a;奇異值分解&#xff08;SVD&#xff09;方法3&#xff1a;行列式…
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LKH-3算法求解TSP問題基本原理與應用

LKH-3算法求解TSP問題基本原理與應用

通俗理解LKH-3算法 LKH-3&#xff08;Lin-Kernighan-Helsgaun&#xff09;是求解**旅行商問題&#xff08;TSP&#xff09;**的最強啟發式算法之一&#xff0c;由丹麥計算機科學家Keld Helsgaun在LKH-2基礎上改進而來。它的核心思想是&#xff1a;通過智能的“局部破壞與修復”…
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