STP生成树协议原理及华为路由中的配置

前言

STP（Spanning Tree Protocol）是生成树协议的英文缩写，可应用于计算机网络中树形拓扑结构建立，主要作用是防止网桥网络中的冗余链路形成环路工作。但某些特定因素会导致STP失败，要排除故障可能非常困难，这取决于网络设计 。生成树协议适合所有厂商的网络设备，在配置上和体现功能强度上有所差别，但是在原理和应用效果是一致的。

一、STP生产树协议

1.1为什么要有生成树协议?

因为当有环路存在时，广播的发送会引起全网的广播风暴，因此需要打破环路生成的条件，而生成树协议就是解决二层广播风暴的重要手段，另外我们会阻塞一些端口，打破环路生成条件，当链路出现问题时，这些被阻塞的端口可以过渡到转发状态，实现链路的备份的作用。

1.2 BPDU (Bridge Protocol Data Unit)网桥协议数据单元

• STP的各种选举是通过交换BPDU报文来实现的，BPDU是直接封装在以太网帧中的。(802.3+802.2)
• 对于参与STP的所有SW，它们都通过数据消息的交换来获取网络中其他SW的信息，这种消息就被称为BPDU。
• BPDU是直接封装在二层的协议

1.2.1BPDU的功能:

1.选举根桥
2.确定冗余路径的位置
3.通过阻塞特定端口来避免环路
4.通告网络的拓扑变更
5.监控生成树的状态
BPDU每2S由根桥发送一次。(拥有最小bridge-id的交换机成为根桥)
最初的网络，每个SW都认为自己是根桥，都会发送BPDU， 比较Lowest BID,选举出一一个根桥，此时就只有根桥发送BPDU。 非根桥只进行转发，转发时只修改bridge- id和cost字段。

1.2.2 BPDU分两种类型

1、配置BPDU–通常由根网桥以周期性间隔发出，包括了STP参数，用于进行各种选举。
2、 TCN ( topology change notification 拓扑变更通告) BPDU–这种BPDU是当交换机检测到拓扑发生变更时所产生，可由非根网桥发出。

1.3 选举根交换机的规则

lowest BID=网桥优先级+ MAC地址(越小越优)
交换机默认网桥优先级是32768,将网桥优先级调小后可设置为根交换机

1.4 设置成根网桥两种方法

• 修改网桥优先级命令

[SWI]stp priority 0 (数值需要设定为4096的倍数)

• 设置此网桥为根网桥

 [sw1]stp root primary (优先级将变为0)

• 查看谁是根网桥命令

 [sw1]display stp

1.5 端口角色及状态描述

端口角色：

• RP:根端口。每个非根网桥上有且只有一个，选举到达根网桥上路径开销值最小的成为根端口。
• DP:指定端口。根网桥上每个端口都是指定端口，非根网桥上需要转发数据的端口也是指定端口。
• AP:预备端口。该接口状态为blocking状态，只收BPDU,不发BPDU。

端口状态描述:

• Disabled (禁用状态):不转发数据帧，不学习MAC地址表，不参与生成树计算。
• Blocking (阻塞状态) :不转发数据帧，不学习MAC地址表，接收并处理BPDU,不发送BPDU。
• Listening (侦听状态) :不转发数据帧，不学习MAC地址表，参与生成树计算，接收并发送BPDU。
• Learning (学习状态) :不转发数据帧，学习MAC地址表，参与生成树计算，接收并发送BPDU。
• Forwarding (转发状态) :转发数据帧，学习MAC地址表，参与生成树计算，接收并发送BPDU。

端口由Block ing过渡到Forwarding有50S延时，Blocking到Listening有20S老化时间，Listening到Learning。有15S过渡时间，Learning到Forwarding有15S过渡时间。

1.6 选举根端口、指定端口的规则

1. Lowest path cost to root bridge (到达根的最小路径开销)
2. lowest sender BID (最小的发送方BID)
3. QLowest sender port ID (最小的发送方PID)优先级(默认128) +端口号

下面是最新的带宽和花销值（带宽越大，cost值越小）

BW	COST
10M	100
100M	19
1G	4
10G	2

修改网桥接口优先级命令:

[SW1-Ethernet0/0/2]stp port priority 0

查看端口状态命令:

display stp brief

二、RSTP快速生产树协议

RSTP（rapid spanning Tree Protocol ），即快速生成树协议，最早在IEEE 802.1W-2001中提出，这种协议在网络结构发生变化时，能更快的收敛网络。它比802.1d多了一种端口类型：备份端口（backup port）类型，用来做指定端口的备份。 STP（Spanning Tree Protocol ）是生成树协议的英文缩写。该协议可应用于环路网络，通过一定的算法实现路径冗余，同时将环路网络修剪成无环路的树型网络，从而避免报文在环路网络中的增生和无限循环。

开启快速生成树协议方法：

stp enable
stp mode_ rstp

三、MSTP多实例生成树

多生成树协议MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol）是IEEE 802.1s中提出的一种STP和VLAN结合使用的新协议，简单说来，STP/RSTP是基于端口的，而MSTP是基于实例的。它既继承了RSTP端口快速迁移的优点，又解决了RSTP中不同VLAN必须运行在同一棵生成树上的问题。
让指定的一个VLAN或者是多个VLAN生成一棵树，实现链路的负载均衡。

3.1配置MSTP的命令

stp mode mstp              #stp 模式设置为mstp
stp region-configuration   #进入mstp设置模式
region-name huawei         #区域名称为huawei
revision-level 1           # 版本级别为1
instance 1 vlan 10         #定义实例1为vlan10
instance 2 vlan 20         #定义实例2位VLAN20
active region-configuration #对mstp 配置保存 
系统模式下：
[Huawei]stp instance 2 root primary    #定义本台交换机是实例2的根
[Huawei]stp instance 1 root secondary  #定义本台交换机是实例1的备份

四、MSTP配置实验

4.1实验拓扑

4.2 各设备配置

SW3

sysname SW3
#
vlan batch 10 20
#
stp region-configuration
 region-name huawei
 revision-level 1
 instance 1 vlan 10
 instance 2 vlan 20
 active region-configuration
#
interface Ethernet0/0/1
 port hybrid pvid vlan 10
 port hybrid untagged vlan 10 20
#
interface Ethernet0/0/2
 port hybrid pvid vlan 20
 port hybrid untagged vlan 10 20
#
interface Ethernet0/0/3
 port hybrid pvid vlan 20
 port hybrid untagged vlan 10 20
#
interface Ethernet0/0/4
 port hybrid pvid vlan 10
 port hybrid untagged vlan 10 20

SW1

vlan batch 10 20
#
stp instance 1 root primary
stp instance 2 root secondary
#
stp region-configuration
 region-name huawei
 revision-level 1
 instance 1 vlan 10
 instance 2 vlan 20
 active region-configuration
#
interface Ethernet0/0/1
 port hybrid pvid vlan 10
 port hybrid untagged vlan 10 20
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 2 to 4094
#
interface GigabitEthernet0/0/2
 port hybrid pvid vlan 10
 port hybrid untagged vlan 10 20

SW2

vlan batch 10 20
#
stp instance 1 root secondary
stp instance 2 root primary
#
stp region-configuration
 region-name huawei
 revision-level 1
 instance 1 vlan 10
 instance 2 vlan 20
 active region-configuration
#
interface Ethernet0/0/1
 port hybrid pvid vlan 20
 port hybrid untagged vlan 10 20
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 port hybrid pvid vlan 20
 port hybrid untagged vlan 10 20
#
interface GigabitEthernet0/0/2
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 2 to 4094
#

R1

interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 192.168.20.1 255.255.255.0
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 192.168.10.1 255.255.255.0
#
interface LoopBack0
 ip address 1.1.1.1 255.255.255.0

这此次实验中主要是通过配置MSTP来消除链路产生环路，数据包产生丢失的情况