生成树协议STP之精华

生成树协议STP

前言

交换机转发流程回顾

1. 基于源MAC地址学习
2. 基于已知目标MAC地址转发
3. 当目标MAC地址未知时,泛红处理
4. 交换机收到广播/组播帧时,无条件泛红处理
5. 交换机一个借口可以学习多个MAC地址
6. 交换机学习到同一个MAC地址,但是是从不同的端口学习到的,此时,将此MAC地址与后学习到的端口绑定起来

数据帧转发:源MAC,目标MAC,源IP,目标IP至少要知道三个 环路引起的问题

• 广播风暴
• MAC地址不稳定

STP生成树协议解决环路问题

• 消除环路
• 链路备份

网桥ID(Bridge ID)简称 BID

交换机比较各自的优先级值来选举确定STP中的根桥，若优先级值相同，则取十六进制MAC地址值较小的。优先级值可以手动指定，用以人为控制STP中的根桥的选举。所有同类型交换机默认配置相同的优先级值，MAC地址成为决定根桥的关键，导致选举无法预测。建议为合适的交换机配置较低的优先级值，以确保他被选举为根桥。这样也可以确保向网络添加新交换机时，不会发生新的生成树选举。

早期的STP没有为VLAN设计，所有交换机只有一颗共同的生成的树，BID中前两个字节全部用来标识优先级值。2字节=16位=2^16，所以优先级值范围为0~65535。

随着PVST+（每VLAN生成树协议+）的实施，单个生成树实例属于各个VLAN，为支持VLAN，BID中前两个字节拆分为4位的优先级值和12位的标识VLAN的扩展ID，有多少VLAN，交换机就应具有多少个BID。

由于用于标识优先级值的可用位数变少，2^4=16个，因此只有16个可能值可以应用于优先级值和对应VLAN，为保持和其他不支持扩展ID的BID一致，BID优先级值增量由1变为4096，优先级值只能是4096的倍数，一共16个优先级值，最小40961=4096，最大409616=65536。

一:STP生成树协议概念

1.1生成树协议存在意义

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网桥协议数据单元

1.2.1BPDU ( 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

1.2.2BPDU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。

1.3 BPDU分裂

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（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的。

TCNBPDU–这种BPDU是SW检测到拓扑变更时产生时。可由非根网桥发出。

1.4 选举根交换机规则

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
1.修改网桥优先级命令
[SW1]stp priority 0 ( 数值需要设定为4096的倍数)
2.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

1.5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E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。I
• AP:预备端口。该接口状态为blocking状态， 只收BPDU.不发BPDU。

1.6端口状态描述

• Di sabled(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， Block ing到Listen ing 有20S老化时间，Listening到Learning
  有15S过渡时间，Learn ing到Forwarding有1 5S过渡时间

1.7.选举根端口、制定端口的规则

• 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)lowest BID=网桥优先级+ MAC地址 (越小越优)
• Lowest sender port ID ( 最小的发送方PID)优先级(默认128) +端口号

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

选取分析如下图，SWA是根网桥，MAC地址大小关系 SWA< SWB

SWA是根网桥

依据“根网桥上都是DP,非根网桥上转发数据的是DP"原则 SWA上的端口都是DP

选举RP,根据Cost最小原则SWB和SWC离根网桥cost最小,选为RP,且每个交换机只有一个

SWB与SWC端口分析

首先依据到根网桥最小cost值，越小越优先，选举DP。相同时，比较BID(BID由网桥优先级和MAC地址构成)，所以先比较网桥优先级，优先级越小越优先；网桥优先级相同时，比较十六位置的MAC地址，MAC地址越小越优先，优先的选为DP. MAC地址 SWB

AP选举，为了防止环路,SWC的左端口选为AP

二、快速生成树协议

• RSTP:快速生成树协议缩短生成树端口由阻塞到转发状态的过渡时间
  开启快速生成树方法.
  []全局模式stp enable
  []stp mode rstp
  MSTP:一一个VLAN或者是多个VLAN一棵生成树，实现链路的负载均衡
• 就时间是上有优势其他没有链路优势

三、多实例生成树协议

MSTP:多实例生成树让指定 的一一个VLAN或者是多个VLAN生成一棵树， 实现链路的负载均衡MSTP:多实
命令整理如下:

[ ]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huawe i'
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为vlan20'
active region-configuration  '对mstp配置保存'
[]切换到全局模式
stp instance 1 root primary   '定义本交换机为实例1的根'
stp instance 2 root secondary  ‘定义本交换机为实例2的备选根'

四 ：实验案例

4.1 SW3配置

4.1.1接口配置

sys
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.
[Huawei]sysname SW3
[SW3]user-in	
[SW3]user-interface 0
[SW3-ui0]idle-t	
[SW3-ui0]idle-timeout 0 0
[SW3-ui0]q
[SW3]int e0/0/2
[SW3-Ethernet0/0/2]q
[SW3]v b 10 20
[SW3]int e0/0/2
[SW3-Ethernet0/0/2]port hybrid pvid vlan 20
[SW3-Ethernet0/0/2]port hybrid untagged vlan 10 20
[SW3-Ethernet0/0/2]int e0/0/4
[SW3-Ethernet0/0/4]port hybrid pvid vlan 20
[SW3-Ethernet0/0/4]port hybrid untagged vlan 10 20
[SW3-Ethernet0/0/4]int e0/0/1
[SW3-Ethernet0/0/1]port hybrid pvid vlan 10
[SW3-Ethernet0/0/1]port hybrid untagged vlan 10 20
[SW3-Ethernet0/0/1]int e0/0/3
[SW3-Ethernet0/0/3]port hybrid pvid vlan 10
[SW3-Ethernet0/0/3]port hybrid untagged vlan 10 20

4.1.2mstp配置

[SW3]stp mode mstp
[SW3]stp region-	
[SW3]stp region-configuration 
[SW3-mst-region]region-n	
[SW3-mst-region]region-name huawei
[SW3-mst-region]revision-l	
[SW3-mst-region]revision-level 1
[SW3-mst-region]instance 1 vlan 10
[SW3-mst-region]instance 2 vlan 20
[SW3-mst-region]active region-	
[SW3-mst-region]active region-configuration 

4.2 SW1配置

4.2.1接口配置

[SW1]v b 10 20
Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.
[SW1]int g0/0/2
[SW1-GigabitEthernet0/0/2]port hybrid pvid vlan 10
[SW1-GigabitEthernet0/0/2]port hybrid untagged vlan 10 20
[SW1-GigabitEthernet0/0/2]int e0/0/1
[SW1-Ethernet0/0/1]port hybrid pvid vlan 10
[SW1-Ethernet0/0/1]port hybrid untagged vlan 10 20
[SW1-Ethernet0/0/1]int g0/0/1
[SW1-GigabitEthernet0/0/1]p l t
[SW1-GigabitEthernet0/0/1]p t a v a
[SW1-GigabitEthernet0/0/1]un sh

4.2.2mstp配置

[SW1]stp mode mstp
[SW1]stp region-	
[SW1]stp region-configuration 
[SW1-mst-region]region-n	
[SW1-mst-region]region-name huawei
[SW1-mst-region]revision-l	
[SW1-mst-region]revision-level 1
[SW1-mst-region]instance 1 vlan 10
[SW1-mst-region]instance 2 vlan 20
[SW1-mst-region]active region-	
[SW1-mst-region]active region-configuration
[SW1]stp instance 1 root primary
[SW1]stp instance 2 root secondary

4.3 SW2配置

4.3.1接口配置

[Huawei]sysname SW1
[SW1]sysname SW2
[SW2]user-in	
[SW2]user-interface 0
[SW2-ui0]idle-t	
[SW2-ui0]idle-timeout 0 0
[SW2-ui0]q
[SW2]v b 10 20
Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.
[SW2]int g0/0/2
[SW2-GigabitEthernet0/0/2]port hy	
[SW2-GigabitEthernet0/0/2]port hybrid pvid vlan 20
[SW2-GigabitEthernet0/0/2]port hy	
[SW2-GigabitEthernet0/0/2]port hybrid unt	
[SW2-GigabitEthernet0/0/2]port hybrid untagged vlan 10 20
[SW2-GigabitEthernet0/0/2]int e0/0/1
[SW2-Ethernet0/0/1]port hybrid pvid vlan 20
[SW2-Ethernet0/0/1]port hybrid untagged vlan 10 20
[SW2-Ethernet0/0/1]int g0/0/1
[SW2-GigabitEthernet0/0/1]p l t
[SW2-GigabitEthernet0/0/1]p t a v a
[SW2-GigabitEthernet0/0/1]un sh

4.3.2mstp配置

[SW2] stp mode mstp
[SW2]stp region-	
[SW2]stp region-configuration 
[SW2-mst-region]region-n	
[SW2-mst-region]region-name huawei
[SW2-mst-region]revision-l	
[SW2-mst-region]revision-level 1
[SW2-mst-region]instance 1 vlan 10
[SW2-mst-region]instance 2 vlan 20
[SW2-mst-region]active region-c	
[SW2-mst-region]active region-configuration 
Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.
[SW2-mst-region]q
[SW2]stp instance 1 root secondary
[SW2]stp instance 2 root primary

4.4 配置R1

[Huawei]sysname R1
[R1]user-in	
[R1]user-interface 0
[R1-ui0]idle-t	
[R1-ui0]idle-timeout 0 0
[R1-ui0]q
[R1]int g0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ip add 192.168.10.1 24
[R1-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1
[R1-GigabitEthernet0/0/1]ip add 192.168.20.1 24
[R1-GigabitEthernet0/0/1]int loo0
[R1-LoopBack0]ip add 1.1.1.1 32
[R1-LoopBack0]q

4.5测试

PC1

PC2

[R1-ui0]q
[R1]int g0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ip add 192.168.10.1 24
[R1-GigabitEthernet0/0/0]int g0/0/1
[R1-GigabitEthernet0/0/1]ip add 192.168.20.1 24
[R1-GigabitEthernet0/0/1]int loo0
[R1-LoopBack0]ip add 1.1.1.1 32
[R1-LoopBack0]q

### 4.5测试

PC1

[外链图片转存中...(img-RQvJ9dHJ-1595816638172)]

PC2

![mark](https://imgconvert.csdnimg.cn/aHR0cDovL2xpdWRvbmdsaWFuZy5vc3MtY24tYmVpamluZy5hbGl5dW5jcy5jb20vaW1nLzIwMjAwNzI3LzEwMjMxNDA4OS5wbmc?x-oss-process=image/format,png)