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操作指南

西门子交换机SCALANCE X生成树快速入门

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5.0 分
  • 硬件组态与安装
  • Active Network components
文档编号:A0116| 文档类型:操作指南| 发布时间:2024年03月12日
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以太网已经被普遍的应用于办公环境,已经有大量可以利用的服务和应用, 比如e-mail, FTP以及web浏览。工业以太网的最大的好处在于以太网标准的开放性。当工业自动化控制系统和办公系统使用了同样的以太网协议的时候,可以很方便的将管理信息系统和工控网络整合起来,这样远程实时分析工业现场的数据信息将不再是个梦想。STP (Spanning Tree Protocol,生成树算法,IEEE 802.1D),是办公室网络中最常用的网络协议。同样工业网络也可以使用该协议使网络拓扑结构能借助激活备用路径

生成树协议 Spanning Tree 和快速生成树 Rapid Spanning Tree分别定义在 IEEE 802.1D/W中,是一种桥到桥的链路管理协议,它在防止产生自循环的基础上提供路径冗余。为使以太网更好地工作,两个工作站之间只能有一条活动路径。网络环路的发生有多种原因,最常见的一种是有意生成的冗余链路,防止一个链路或交换机失败,会有另一个链路或交换机替代。
STP 是一种桥到桥的通信技术,提供发现网络物理环路的服务。该协议规定了网桥创建无环回Loop-Free 逻辑拓朴结构的算法。换句话说,STP 提供了一个生成整个第二层网络的无环回树结构。
生成树协议操作对终端站透明,也就是说,终端站并不知道它们自己是否连接在某单个局域网或多交换局域网中。当两个网桥相互连接在相同的由两台计算机组成的网络中时,生成树协议支持两网桥之间相互交换信息,这样只需要其中一个网桥处理两台计算机之间发送的信息。
桥接设备之间通过使用网桥协议数据单元(Bridge Protocol Data Unit,BPDU)交换各自状态信息。生成树协议通过发送 BPDU 信息为交换网络配置根交换机和根端口,并为每个交换网路区段(switched segment)配置指定端口。
网桥中的生成树算法可以用来决定如何使用生成树协议,该算法的优点在于能够避免网桥环路,并确保在多路径情形下网桥能够选择一条最有效的路径。如果最佳路径选择失败,可以使用该算法重新计算网络路径并找出下一条最佳路径。
Spanning Tree 的工作方式如下,它的所有的工作都是为了生成一棵倒装的树形,这棵树的根就称为“bridge root”,每个设备会定义一个优先级,称为“bridge priority”,它的数值越小代表它成为树根的可能性越大(如果优先级相同,选择最小的MAC地址的交换机作为根桥),而其它每个叶结点(网桥/交换机)通往树根(根桥)的路径称为“root path”,衡量这一路径的权值称为“path cost”(参考SCALANCE X-400组态手册),通常它代表了链路的带宽,一个千兆端口的权值会小于一个百兆端口的权值。计算每个叶结点到树根的路径,选择代价最小的成为通信的路径,连接叶结点到根桥的代价最小路径的端口为根端口,如果叶结点到根桥的代价一样,那么选择Port ID小的作为根端口。然后根据每个桥通过最小代价连接到每一个交换网段的端口设定为指定端口(连接相同网段的端口选择MAC地址小的桥端口)。在每个节点的生成树算法完毕以前,所有的设备端口都只发送和接收报文信息,端口的状态处于初始化的阶段(listening & learning),一旦完成初始化,那么成为通信的路径的根端口和指定端口转变为“Forwarding”的状态,用于数据的收发,而非指定的端口成为“Blocking”的状态,只侦听 BPDU 的数据。一旦通信的路径失效,根据 BPDU 的报文,非指定的端口将重新一轮计算的过程而成为“Forwarding”的状态。
SCALANCE X300/400系列的交换机支持STP和RSTP。在使用STP和RSTP时,需要禁止High-Speed Redundancy Ring(HSR)。

STP网络组态:

网络组态由3台交换机Switch A、Switch B和Switch C组成。彼此之间依次通过Port5.1和Port5.2相连成千兆环(非RM),另外Switch A和Switch B通过Port9.1进行百兆相连。(连接前需要使能和配置STP)

注意:
对于SCALANCE X-400使能STP协议,首先要禁止环网冗余(HSR)。

Switch A组态:(未连线)

序号组态步骤
1 通过IE浏览器打开交换机XA的Web页面,输入用户名和密码,均为“admin”。在点击目录树Switch ® Spanning Tree,注意看右侧的生成树信息为默认信息。
2点击目录树Switch,使能STP。

Switch B组态:(未连线)

序号组态步骤
1通过IE浏览器打开交换机XB的Web页面,输入用户名和密码,均为“admin”。在点击目录树Switch ® Spanning Tree,注意看右侧的生成树信息为默认信息。
2点击目录树Switch,使能STP。

Switch C组态:(未连线)

序号组态步骤
1通过IE浏览器打开交换机XC的Web页面,输入用户名和密码,均为“admin”。在点击目录树Switch ® Spanning Tree,注意看右侧的生成树信息为默认信息。
2点击目录树Switch,使能STP。

然后按照网络拓扑结构,连接网线。这时生成树算法生效,选举根桥,根端口,指定端口以及堵塞端口。察看XA,XB,XC的生成树的状态信息。

交换机生成树信息
XA
XB
XC

由此,整个网络不再出现冗余链路,根据XA、XB、XC的生成树信息和端口状态可以得知:

1, 对于整个千兆链路,首先选择MAC地址小的作为根桥。这样会选择Root ID=00-0E-8C-8B-D4-E7即XC作为根桥。2, XA和XB有两条链路相连,分别是百兆和千兆链路,根据Path Cost,可知百兆链路的端口会被阻塞,并且是在Root ID大的一方被阻塞,所以XA的Port9.1端口为Blocking状态。3, 根据生成树算法,可以知道在千兆链路上的堵塞端口,应该在Root ID大的一方被阻塞,这样会选择XA的Port5.1为阻塞端口,即Blocking状态。4, 任意断开一个激活的连接线,可以发现大约有10~30秒的恢复时间。

关键词
西门子交换机,SCALANCE X414-3E,生成树 (STP)


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