网络——STP（生成树协议）原理与配置

STP 概述

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。

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。

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

BPDU的功能

选举根桥

确定元余路径的位置

通过阻塞特定端口来避免环路

通告网络的拓扑变更

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。

BPDU分两种类型

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。

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TCN (Topology Change Notification)BPDU（这种BPDU是Sw检测到拓扑变更时产生的。可由非根网桥发出。）

选举粮交换机的规则

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

设置成根网桥两种方法

修改网桥优先级命令

[sw1]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）

查看谁是根网桥的命令

display stp

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

选举根端口、指定端口的规则

Lowest path cost to root bridge (到达根的最小路径开销)

lowest sender BID (最小的发送方BID)

QLowest sender port ID (最小的发送方PID)优先级(默认128) +端口号

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

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

MSTP多实例生成树

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

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

实验过程

SW3配置信息

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配置信息

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配置信息

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配置信息

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