生成树协议（spanning tree protocol）

生成树协议（spanning tree protocol）

工作在二层里面（数据链路层）      二层交换机

 

理解一下重点：

1. STP的工作原理
2. 配置PVST+

 

生成树协议的目的是：

1. 建立一个冗余的交换机网络
2. 提高容错性
3. 备份。

 

环路带来的三个问题：

1. 广播风暴
2. 收到重复的数据帧
3. MAC地址表不稳定（震荡）

解决的方法就是：生成树协议STP

树是没有环的。

 

生成树的目的（作用）就是通过算法算出来阻塞哪个接口进而消除环路。而且当正常的链路断掉之后，阻塞的接口会自动的打开，让终端之间可以正常访问，达到备份的目的。

 

STP  （spanning tree protocol）生成树协议

 

 

 

生成树算法：

1. 选择根网桥    （网桥就是交换机）
2. 选择根端口

1. 到根网桥最低的根路径成本（开销）
2. 直连的网桥ID最小的
3. 端口ID最小的

1. 选择指定端口

1. 根路径成本较低
2. 所在的交换机的网桥ID值较小
3. 端口ID值较小

 

口诀：一个根桥，两种度量，三要素选举，四个比较原则，五种端口状态。

 

一个根桥

每个二层拓扑中，必须要有一个根网桥（一个特殊的交换机（根交换机））

根交换机只有一个，非根交换机可以多个。

选择根网桥的依据是网桥ID，网桥ID是唯一的。

 

两种度量

1. ID

1. BID（bridge ID）网桥ID

BID由两部分组成：第一部分是16bit的priority优先级（默认是32768）

取值范围：0-65535

第二部分是48bit的MAC地址

上面的MAC地址是交换机（或者交换机接口）的MAC地址

16bit的priority（优先级）

48bit的MAC地址

 

优先级最小的就是根设备（根交换机或者根网桥），如果优先级一样，那就比较MAC地址。

MAC地址小的就是根设备。

BID小的就一定是根设备。

根桥的BID就叫做RID（root ID）

（2）PID（port ID）端口ID

PID也由两部分组成：第一部分是接口优先级（默认是128）

  第二部分是接口号

1. cost开销，成本

只有从接口把数据发出去的时候才考虑开销。

1. 路径开销

在交换机上把数据从接口发出去的开销

思科设备开销：10M带宽（cost：100）

100M带宽（cost：19）

1000M带宽（cost：4）

 

1. 根路径开销

非根设备到达根设备的路径开销之和RPC（root path cost）

一般我们根路径开销说的都是最小的根路径开销

 

三要素选举

1. 在每个非根设备上选举一个根端口（RP——root port）

在每个非根设备上有且只能有一个RP

RP的定义是：离根最近的端口

1. 在每段链路上选择一个指定端口（DP——design port）

在每段链路上有且只能有一个DP

如何选择指定端口：

在一段链路里要比较两个设备的根路径开销，根路径开销小的会成为DP端口；如果根路径开销一样，那么比较BID，BID小的会成为DP端口。

3、既不是RP端口，又不是DP端口，就将其阻塞掉。

 

四个比较原则

1. RID（根桥的BID）
2. RPC（root  path  cost ，根路径开销，即成本）
3. 发送者的BID
4. 发送者的PID

生成树的报文中，BDPU报文（桥协议数据单元）

 

五种端口状态：

disable（禁用）：生成树关闭（或者接口关闭的时候）

blocking（阻塞）：阻塞接口的最终状态

listening（侦听）：设备开机之后，生成树接口默认处于的状态

等15s     15s的时间叫做转发延迟   forward delay

learning（学习）：该状态是学习MAC地址的状态

等15s     

forwarding（转发）：只有处在该状态，才能转发数据

注：RP（根端口）和DP（指定端口）端口都在转发状态

 

STP的计算步骤：

1. 根据BID选出根桥，先比较优先级，优先级小的成为根，如果优先级一样，比较MAC地址，MAC地址小的成为根。优先级默认是32768
2. 找到每个非根设备上的根路径开销
3. 在每个非根设备上找到一个根端口，每个非根设备有且只能有一个根端口，根路径开销最小的那个接口就是根端口
4. 在每段链路上，有且只能有一个指定端口DP，首先比较每段链路上所有设备的根路径开销，根路径开销小的成为DP，如果根路径开销一样，那么比较每个设备的BID，BID小的会成为DP
5. 既不是RP也不是DP，就将其阻塞。

 

生成树的类型：

1. 标准的STP  802.1d

思科认为标准的STP不好，所以思科有自己的私有协议

PVST+     per  vlan  spanning  tree  plus  每vlan生成树+

1. 快速的生成树   RSTP   802.1w

思科认为快速生成树不好，思科有自己的私有协议

PVRSTP+ 或者Rapid PVST+     

 per  vlan  rapid  spanning  tree  plus  每vlan快速生成树+

1. MSTP   多实例的生成树  802.1s

 

小结：

思科的交换机上默认只支持三种生成树：

PVST+

PVRST+

MSTP  

 

 

总结：

STP（spanning-tree protocol）---生成协议

作用----存在冗余链路的情况下，实现环路保护，

（即线路故障时，阻塞端口打开，恢复数据通信）

    实现----BPDU（网桥协议数据单元）

    分类----PVST/RSTP/MSTP

 

   工作过程

  1.确定交换机的角色

     分类：

           根交换机（只有一个）

           非根交换机（除根交换机以外的交换机）

     原则：

           比较每个交换机的BID（桥ID），越小越好

           组成：优先级+MAC地址（基MAC）

                 优先级：默认是32768

                  MAC地址：交换机主板MAC地址

                   sw#show version

  2.确定端口角色

     分类：

         根端口---在非根交换机上距离根交换机最近的端口

        指定端口---每一个冲突域中，距离根交换机最近的端口

        （冲突域---交换机端口互联形成）---根交换机上的端口均为指定端口

      非指定端口---除根端口及指定端口以外的交换机端口

   判断思路----首先判断根端口----->再判断指定端口------>最后判断非指定端口

    如何表示上文中“最近“这个距离？

            在STP中，通过cost 表示一个路径的距离

         对于某些链路，均有默认的cost值：（路径成本值）

链路带宽---路径成本

         10 M --- cost 100

          100M --- cost 19

          1000M（1G） ---- cost 4

          10000M（10G） ---- cost 2

总结：带宽越宽，成本越小

    通过什么来判断端口所属角色？

       BPDU--桥协议数据单元

        root-id      //表示根交换机是谁

        cost        //表示发送该BPDU协议的交换机到达根交换的距离

        BID         //表示发送该BPDU的交换机的名字

        Port-id      //表示发送方交换机是在那个端口发送出来的

                    （组成--优先级（默认128）+MAC地址） 

                  以上都是越小越好!!!

 

调整生成树协议：

1、通过调整优先级，来影响阻塞端口（全局配置模式下）

spanning-tree vlan 10   启用生成树（默认启用的）

spanning-tree vlan 10 priority 0  修改sw1在vlan10中的优先级

spanning-tree vlan 20 priority 4096  修改sw3在vlan10中的优先级

 

spanning-tree vlan 5,10-20 priority 0

spanning-tree vlan 10 root {primary|secondary}

primary：优先级为24576

secondary：优先级为28672

 

2、修改端口成本(在端口模式中)

spanning-tree vlan 10 cost 50  修改本交换机的端口在vlan10中的出接口成本

 

3、修改端口优先级

spanning-tree vlan 10 port-priority 96  

 

 

show spanning-tree    查看所有的vlan生成树。