中小型企业网络构建之STP和MSTP协议的应用

中小型企业网络构建

一、生成树算法（STP）

  1、广播风暴

   （1）交换机工作原理

        -- 根据MAC地址表转发数据帧，如果地址未知，则广播；

        -- 如果交换机接收到广播帧也会向所有端口发送；

   （2）当网络中存在物理环路，会产生广播风暴；

   （3）广播风暴最终会导致网络资源耗尽，交换机死机。

  2、STP概述

（1）STP -- Spanning Tree Protocol（生成树协议）用于在局域网中消除数据链路层环路。

          -- 逻辑上断开环路，防止广播风暴的产生；

          -- 当线路故障，阻塞接口被激活，恢复通信，起到备份线路的作用。

（2）生成树算法分3个步骤

-- 每个广播域选择根网桥（Root Bridge）      网桥也叫作交换机

          -- 每个非根网桥选择根端口（Root Ports）

          -- 每个网段上选择指定端口（Designated Ports）

（3）选择根网桥（根交换机）根网桥在全网中有且只有一个

          -- 网桥ID（BID）

             网桥ID是唯一的，交换机之间选择BID值最小的交换机作为网路中的根网桥；

（4）根网桥的选举过程

-- 先比较两台交换机发送的BPDU报文中BID内的优先级，优先级的取值范围是0到61440，默认值为32768，

步长为4096，若果优先级相同则比较两台机换机的MAC地址，MAC地址较小的交换机作为跟交换机。

（5）选择根端口

          -- 每个非根网桥上有且只有一个根端口

-- 选举根端口的依据：

             ① 到根网桥最低的根路径成本（路径成本，默认情况下千兆链路成本为20000，百兆链路为200000）

             ② 直连的网桥ID最小

             ③ 端口标识最小（Port Identifier）

                -- 端口标识越小越优先，由端口优先级和端口号两部分组成；

                -- 端口优先级可配置，取值范围是0到240，步长为16，默认值为128。

     （6）选择指定端口

          -- 每个网段上有且只有一个指定端口

-- 跟桥上的端口全是指定端口；

          -- 在每个网段上，选择一个指定端口；

          -- 非根网桥上的指定端口，选择顺序

             ① 某网段到根路径成本较低

             ② 接收数据时发送方（也就是链路对端的桥）的桥ID最小；

             ③ 发送方端口ID最小。

          -- 最后剩余的端口为阻塞端口

     （7）生成树算法的结果

          -- 最终形成逻辑结构无环拓扑

二、桥协议数据单元

  1、BPDU

-- Bridge Protocol Date Unit桥协议数据单元；

-- 使用组播发送BPDU。 

  2、BPDU分为两种类型

      -- 配置BPDU

      -- 拓扑变更通告（TCN）BPDU

  3、BPDU包含的关键字段

字段	字节	作用
协议ID	2
版本号	1
报文类型	1	标识是配置BPDU还是TCN BPDU
标记域	1
根网桥ID	8	用于通告根网桥的ID
根路径成本	4	说明这个BPDU从根传输了多远、成本是多少
发送网桥ID	8	发送这个BPDU网桥的ID
端口ID	2	发送报文的端口的ID
报文老化时间	2	计时器值，用于说明生成树用多长时间完成它的每项功能
最大老化时间	2
访问时间	2
转发延迟	2

4、BPDU选择根网桥

   （1）当交换启动时，假定自己是根网桥

         -- 在向外发送的BPDU中根网桥ID字段填写自己的网桥ID；

         -- 当接收到其他交换机发出的BPDU后，比较网桥ID，选择较小的添加到根网桥ID中。

  5、STP的收敛

      -- 交换机端口的5中端口状态

状态	用途
禁用（Disable）	此时端口不仅不能转发BPDU报文，也不能转发用户流量。端口状态为Down
阻塞（Blocking）	此时端口仅可以接收并处理BPDU报文，但不转发用户流量
侦听（listening）	此时设备正在确定端口角色，将选举出根桥、根端口和指定端口，是一种过渡状态。
学习（learning）	此时设备会根据收到的用户流量构建MAC地址表，但不转发用户流量，也是一种过渡状态；增加此状态为防止临时二层环路
转发（forwarding）	此时端口既转发用户流量也转发BPDU报文。只有根端口和指定端口才能进入此状态。

  6、生成树计时器

   （1）STP的3种计时器

         -- Hello时间（Hello定时器）

            Hello定时器是指运行STP协议的设备发送BPDU的时间间隔，即设备会每隔Hello Time时间向周围的设备发送配置消息BPDU，以确认链路是否存在故障。时间间隔为2s

         -- 转发延迟（Forward Delay）

            转发延时是设备进行状态迁移的延迟时间，是指一个端口处于Listening和Learning状态的各自持续时间，缺省是15s。即Listening状态持续15s，随后进入Learning状态，然后再持续15s。

         -- 最大生存时间（Max Age）

            最大生存时间是指端口的BPDU报文的老化时间，可在根桥上通过命令人为改动老化时间。当配置BPDU从根网桥发出时报文中的Message Age值为0，配置BPDU报文每经过一个桥，Message Age增加1，最大生存时间为

            20s。

三、STP配置

      -- 启动或关闭交换机全局或端口的STP功能，默认情况下交换机的STP功能处于开启状态。

         system-view

          [Huawei]stp enable（开启）或者disable（管理）

      -- 选择交换机的STP运行模式，默认情况下交换机STP的运行模式为MSTP

         system-view

          [Huawei]stp mode {stp | rstp | mstp}

      -- 配置交换机STP的优先级（Priority），取值范围0到61440，步长4096，默认值为32768

         system-view

          [Huawei]stp priority 跟一个数值

      -- 更改交换机端口的STP cost，在端口上开启/关闭STP功能

         system-view

          [Huawei]interface gigabitethernet0/0/1

          [Huawei-gigabitethernet0/0/1]stp cost + 数值

          [Huawei-gigabitethernet0/0/1]stp {enable |disable}

四、多实例生成树（MSTP）

  1、MSTP概述

      -- MSTP多进程是基于STP协议的增强性技术；

      -- 将二层交换设备上的端口绑定到不同的进程中，并以进程为单位进行STP协议计算；

      -- 不在同一个进程内的端口不参与此进程中MSTP协议计算，从而实现各个进程内的生成树计算相互独立、互不影响。

      -- MSTP网络中包含1个或多个MST域（MST Region），每个MST Region中包含一个或多个MSTI。组成MSTI的是运行

生成树协议的交换设备；

      -- MSTP兼容STP    -- 既可以快速收敛，又提供了数据转发的多个冗余路径；

      -- 在数据转发过程中实现VLAN数据的负载均衡。

  2、MSTP配置命令

     -- 进入生成树协议区域配置

     -- 给区域命名

         system-view

         [Huawei]stp region-configuration

         [Huawei-mst-region]redion-name + 名字

     -- 开启生成树实例，并将VLAN加入

     -- 激活区域配置

         system-view

         [Huawei]stp region-configuration

         [Huawei-mst-region]instance 1 + 要加入的VLAN

         [Huawei-mst-region]active region-configuration

     -- 修改实例的优先级，可以实现同一交换机在不同VLAN中的STP身份

         system-view

         [Huawei]stp instance 1 priority 4096

  3、查看区域配置

     -- 查看当前实例的生成树信息

         system-view

         [Huawei]stp region-configuration

         [Huawei-mst-region]display this

     -- 查看某个实例的生成树信息

         system-view

         [Huawei]display stp instance 1