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S5820V2 STP计算导致二层网络流量中断经验案例

2018-03-19 发表
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某局点组网拓扑如上所示:交换机S5820V2堆叠作为接入设备,下联第三方服务器,上联汇聚接入网络。

故障现象:

客户反馈现场故障当晚,由于上行其他设备发生故障产生大量TC报文,交换机S5820V2收到上联设备的发过来的大量TC报文,导致STP拓扑震荡,根桥不断发生变化,堆叠S5820V2上联端口的端口角色在指定端口和根端口之间变化,下联服务器业务流量出现中断十几秒的现象。


收集诊断信息,分析查看故障当时设备上的日志:

%Jan 26 02:16:11:354 2012 S5820V2 STP/6/STP_NOTIFIED_TC: -Slot=1; Instance 0's port Ten-GigabitEthernet1/1/23 was notified a topology change.

%Jan 26 02:16:13:350 2012 S5820V2 STP/6/STP_NOTIFIED_TC: -Slot=1; Instance 0's port Ten-GigabitEthernet1/1/23 was notified a topology change.

Port Ten-GigabitEthernet1/1/23           

   Role change         : DESI->ROOT            

   Time                : 2012/01/26 02:16:09

   Port priority       : 0.7054-f596-f530 41000 8192.8478-ac18-47c1 0

                         8192.8478-ac18-47c1 128.174 128.23

   Designated priority : 0.7054-f596-f530 41000 8192.8478-ac18-47c1 2

                         32768.487a-da7c-c34f 128.23 128.23

 Port Ten-GigabitEthernet1/1/23           

   Role change         : ROOT->DESI            

   Time                : 2012/01/26 02:16:08

   Port priority       : 8192.8478-ac18-47c1 0 8192.8478-ac18-47c1 0

                         8192.8478-ac18-47c1 128.174 128.23

   Designated priority : 4096.188b-45d9-6c41 0 4096.188b-45d9-6c41 2

                         32768.487a-da7c-c34f 128.23 128.23

故障时间点设备日志上打印上联万兆端口1/1/23持续不断的收到TC报文,但是并没有端口UP/DOWN情况发生,进一步查看设备上display stp history生成树端口变化历史记录,上联端口的生成树角色一直在指定端口和根端口之间变化,生成树STP一直在震荡。


1、根据端口角色的变化信息分析,仅仅是上联万兆端口1/1/23端口的角色一直在发生转变,但是下联服务器之间的二层业务不断出现短暂中断的情况,从日志中看,下联服务的端口并没有端口角色变化的日志记录,理论上端口角色没有改变,端口一直处于转发状态,下联服务器二层互访,业务理应不会受到影响。

2、查看服务器上业务中断的情况,业务中断的时间大概15秒左右,根据业务中断时间与设备相关日志对比分析,中断时间与STP中的转发延迟(Forward Delay)时间相近,转发延迟协议默认值是15秒,当拓扑发生变化,新的配置消息要经过一定的时延才能传播到整个网络。

3、通过时间上对比分析得出业务中断时间15秒原因可能与连接服务器端口状态切换相关,但设备上没有打印下联生成树端口角色并没有切换,于是本地模拟故障环境组网进行测试分析:

4、本地测试:三台S5820V2相连组成环形组网,使能MSTP生成树协议选择性地阻塞网络中的冗余链路来消除二层环路,通过配置调整路径开销和STP优先级使接入服务器的S5820V2上行端口G1/0/1G1/0/2端口分别为根端口和指定端口,复现了服务器12之间PING包会存在中断的现象,但是奇怪的是,并不是每次G1/0/1G1/0/2根端口和指定端口切换都会导致PING丢包的故障现象,进而整理测试过程,进一步分析:

如上图所示:S5820V2-1为生成树的根桥,S5820V2G1/0/1G1/0/2端口分别为根端口和指定端口,分别处于FORWARDING的转发状态。并且G1/0/3G1/0/4端口下的服务器进行长PING测试,测试是否会产生业务流量中断的现象。

第一次切换:

通过调整交换机的STP优先级,调整S5820V2的优先级,将其调整为根桥:

如上图所示:通过调整根桥制造出S5820V2上联端口根端口和指定端口切换的现象,可以看到上联端口1/0/11/0/2收到TC报文,与现场故障时的现象一样;但是PING包没有出现中断现象,没有复现客户现场情况;

第二次切换:

继续调整STP优先级,将S5820V2-1调整为根桥:

通过第二次切换交换机上并没有日志记录端口状态发生切换的过程,若不是复现分析,难以找到影响流量中断的原因,经过查看资料,发现交换机上默认是不开启STP端口状态变化信息显示的,需要通过命令stp port-log all开启,将此命令开启后,重新复现故障现象:

如上图所示,这时发现1/0/3端口确实经历了DISCAEDING状态到FORWARDING状态的STP转发延迟时间。这段时间内,端口处于阻塞状态,导致了二层流量中断。从日志中不难看出1/0/2端口也同样经历了DISCAEDING状态到FORWARDING状态的变化,但是却没有经历15S的收敛时间,原因如下:

RSTPIEEE制定的802.1w标准定义,它在STP基础上进行了改进,实现了网络拓扑的快速收敛。其“快速”体现在,当一个端口被选为根端口和指定端口后,其进入转发状态的延时将大大缩短,从而缩短了网络最终达到拓扑稳定所需要的时间。RSTP中,根端口的端口状态快速迁移的条件是:本设备上旧的根端口已经停止转发数据,而且上游指定端口已经开始转发数据。指定端口的端口状态快速迁移的条件是:指定端口是边缘端口(即该端口直接与用户终端相连,而没有连接到其他设备或共享网段上)或者指定端口与点对点链路(即两台设备直接相连的链路)相连。如果指定端口是边缘端口,则指定端口可以直接进入转发状态;如果指定端口连接着点对点链路,则设备可以通过与下游设备握手,得到响应后即刻进入转发状态。

5、接下来需要分析的是什么原因导致两次切换会产生两种不同的结果:

第一次切换结果

 1.根桥设备由优先级4096切换为优先级为0的设备;

   2.对应端口的端口指定优先级由4096切换为0,比端口优先级更优,因此agreed不会清除,不会重新计算,所以没有产生流量中断的情况。

第二次切换结果

    1.根桥设备由优先级0切换为优先级为4096的设备;

    2.对应端口的端口指定优先级由0切换为4096,没有端口优先级优,因此agreed清除,synced清除,最终端口状态会重新计算。

从协议的角度讲,第一次切换后端口的优先级相比原来更优,这种情况下认为没必要重新计算端口状态,也是在协议的层面为了减少这种场景的流量中断而做的相应优化。


为了避免这种端口状态变化导致流量中断的情况发生,端口状态实现快速迁移,连接服务器的端口必须配置成为边缘端口。在现网设备开启STP的组网中,一定要做好相关STP优化,配置边缘端口,配置根保护等,防止由于一台设备的故障影响全网业务流量。


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