生成树技术（spanning tree）技术

一、生成树

1、为了保证交换网络高可用性，在交换机之间使用冗余链路，由于网络中的泛洪机制可能造成二层的桥接环路，会导致

【1】广播风暴 【2】Mac地址表的不稳定【3】数据帧的重复拷贝

2、解决思路:打破交换网络中的环路（针对交换网络的所有环路中，关闭其中的某个接口)

3、生成树协议: spanning tree protocol ,STP，所有的生成树协议都在通过发送比较信息进行选举，找到环路中应该被关闭的接口(接口阻塞)。

4、发送的比较的信息称为BPDU，网桥协议数据单元。

5、生成树的类型: STP(标准生成树，又称为802.1D) RSTP(快速生成树，又称为802.1W) MSTP(多生成树协议，又称为802.1S)

二、802.1D，标准生成树:

1、BPDU:网桥协议数据单元

分为配置BPDU--config-BPDU(用于生成树的选举以及重收敛)和拓扑变更--TC-BPDU(通知交换网络出现了拓扑变更)。

2、数据结构

对于STP而言，最重要的工作就是在交换网络中计算出一个无环拓扑。在拓扑计算的过程中，一个非常重要的内容就是配置BPDU的比较。在配置BPDU中，有四个字段非常关键，它们是“根桥ID”、“根路径开销”、“网桥ID"以及“接口ID"，这四个字段便是交换机进行配置BPDU比较的关键内容。

STP按照如下顺序选择最优的配置BPDU:

【1】最小的根桥ID

【2】最小的RPC

【3】最小的网桥ID

【4】最小的接口ID

在这四条原则中（每条原则都对应配置BPDU中的相应字段），第一条原则主要用于在网络中选举根桥，后面的原则主要用于选举根接口及指定接口。

3、BID:

使用8字节构成，组成方式:BID优先级字段(4个bit)+扩展系统ID(12个bit)+Mac地址(6个字节)

【1】BID的使用:1.比较BID优先级⒉.比较MAC地址

【2】BID优先级:4位，默认值为32768，范围0-65535(实际范围0-61440)，越小越优。

【3】BID优先级单位4096.调整BID优先级时值必须为4096的倍数。

扩展系统ID:8位，在802.1D和802.1W无意义，在802.1S中有用的

【4】Mac地址:为交换机背板地址池中所有MAC地址中最小的，MAC地址越小越优。

4、PID:

【1】端口标识符2个字节构成，组成部分:PID优先级(4个bit构成)+端口标识符（12个bit构成)使用方法:

【2】比较PID优先级2.Port number

PID优先级:默认值为128，范围0-255(实际范围0-240)，单位1无识别结果Port number :标识唯一性

5、RPC:根路径开销

6、端口角色:

【1】根端口(RP)，存在于非根网桥之上，一个非根网桥仅有一个，用于接收来自于根的BPDU

【2】指定端口(DP)，在一条链路中有且仅有一个，用于转发BPDU

【3】阻塞端口(NDP)被逻辑上关闭的接口

7、端口状态:

【1】disable ---关闭状态1.关闭生成树协议⒉接口物理关闭

【2】blocking---阻塞状态，不能发送BPDU，可以接收BPDU，不能发送和接收数据

【3】listening ---监听状态，可以发送并接收BPDU，不能发送和接收数据;(进行生成树选举的)

【4】learning ---学习状态，可以发送并接收BPDU，不能发送和接收数据;(学习MAC地址表)目的:限制未知单播帧的泛洪

【5】forwarding---转发状态，可以发送并接收BPDU和数据

8、802.1D生成树收敛时间:30s或50s

生成树选举:

【1】选举根网桥(标识─颗树，在一个生成树中有且仅有一个)

选举规则:

最小的BID(先比较BID优先级，再比较MAC地址)

【2】选举端口角色

选举根端口:1.接口最小的开销值(RPC+PC)2.最小的BID(发送方的)3.最小的PID(发送方的)选举指定端口:1.本设备根端口的最小开销值⒉最小的BID(本交换机)3.最小的PID(本设备)

生成树配置:

选择生成树类型:

[SW1]stp mode stp

【3】修改BID优先级

或设置主备根

修改cost值

修改PID优先级

查看生成树

查看生成树端口状态：

9、802.1D特性:

【1】连接终端的接口，启用之后进入转发状态需要30s，可以加速。(在cisco中使用portfast ，华为中可以使用边缘端口)

节约时间:30 s

查看:

【2】上行链路状态切换，切换时间为30s，思科中可以使用uplink-fast进行加速（节约30s)

【3】骨干链路故障切换，思科中默认为50s (20+15+15;思科中可以使用backbone-fast进行加速，节约时间20s)。华为切换时间默认为30s

10、802.1D生成树的重收敛:

802.1D总结：

1.收敛时间比较慢(30s或50s)

2.不支持负载分担

3.不支持上行链路加速

三、802.1W : RSTP快速生成树

802.1W基于PA机制进行收敛（请求同意)，可以在2-3 s之内完成收敛。基于BPDU flags字段内容进行分布式收敛。

1、生成树选举:与802.1D完全一致

2、端口状态:

Discarding ---丢弃状态（ disable blocking listening )，可以发送并接收BPDU，但是不能发送接收数据Learning ---学习状态

Forwarding---转发状态端口角色:

【1】根端口

【2】指定端口

【3】替代端口∶阻塞，同一个交换机上使用阻塞端口替代根端口（替换时间0s，相当于自动集成uplink-fast)

【4】备份端口:阻塞，同一个交换机上针对同一条链路备份指定端口（备份端口切换时间30s，因为出现备份端口一定存在hub,hub是半双工的，不能使用802.1W的机制。)

3、边缘端口:边缘端口、非边缘端口，一般在连接终端的接口上实施(access)

作用：

【1】自动启用端口加速（节约30s)

【2】若收到proposal置位的BPUD，边缘端口不会同步

【3】若收到了TC位置位的配置BPDU，不通过边缘端口转发

【4】若启用边缘端口的接口收到了BPDU，则边缘端口特性失效

【5】若收到TC位置位的BPDU，边缘端口学习到的MAC地址时间不变化(依然为300s)

4、链路类型:802.1W中存在两种链路类型1.point-to-point点对点类型2.shared共亨型强制链路类型为point-to-point :

5、802.1 W特性(以及与802.1D区别):

【1】收敛机制:PA机制

【2】端口状态:3个

【3】端口角色:4

【4】支持边缘端口（但默认不启用的)

【5】自动集成上行链路加速（节约30s)

【6】自动集成骨干链路加速(节约50s)

【7】在802.1W中所有的交换机都有发送BPDU的能力，BPDU超时时间为6s

配置:与802.1D一致

三、802.1S : MST多生成树

1、Instance实例

多生成树配置:

【1】name 域名

【2】reversion leave 版本等级

【3】instance 实例映射

配置:

启用MSTP

MSTP配置：

【1】设置STP配置

【2】设置名称

【3】设置等级

【4】实例

【5】运行配置

在Switch间配置必须相同

2、生成树的弹性（特性)︰

【1】portfast(边缘端口)

【2】uplink fast(上行链路加速)

【3】backbone fast(骨干链路加速)

【4】BPDU防护思科中BPDU guard华为 BPDU ----若启用了BPDU防护的接口收到BPDU，则会导

3、默认在华为BPDU防护只能全局设置，并且仅仅针对边缘端口在思科中BPDU guard可以针对接口也可以针对全局

4、恢复由于BPDU防护导致接口shutdown (error-down)

【1】手工(先物理关闭接口再重新开启)

【2】自动(开启自动恢复)

查看：

[SW1]dis error-down recovery

5、BPDU-fitter BPDU过滤，开启之后，该接口不发送也不接收BPDU信息，若接收到了BPDU，则直接忽略可以全局启用也可以接口启用，全局启用同样仅仅针对边缘端口，接口启用无所谓

【1】全局做法:

[SW1]stp bpdu-filter default

【2】接口

[SW1-GigabitEthernet0/0/5]stp bpdu-filter enable

6、root-protection根防护

一般建议在连接新交换机的接口上启用，若该接口收到了优质根的BPDU信息，则接口进入discardin

[SW1-GigabitEthernet0/0/5]stp root-protection

7、loop-protection 环路防护

防止当出现单向链路故障时，导致生成树出现转发环路，所以可以在阻塞端口上启用loop-protection，使阻塞接口可以发送BPDU，进行链路双向检测

[SW1-GigabitEthernet0/0/5]stp loop-protection