HCIP课程总结(三)

生成树协议（STP）
**定义：**在一个二层交换网络中，生成一颗树型结构，逻辑的阻塞部分接口，使得从根到所有的节点仅存在唯一的路径；当最佳路径故障时，自动打开部分阻塞端口，来实现线路备份的作用；生成树在树的生成过程中，应该尽量的生成一个星型结构，且最短路径树。
含有的算法有：802.1D，PVST,PVST+(CISCO),RSTP(802.1w)，MSTP(802.1S)

一、802.1D——一个交换网络内只有一个生成树

交换机间使用BPDU，即桥协议数据单元——交换机间沟通互动收发的数据
内含如下内容：

BPDU——只有根网桥可以发送，再叫换机网络初始状态时，所有交换机均为本地根网桥，进行BPDU的发送，使得网络中所有交换机均收到其他交换机的BPDU，然后基于数据中的参数进行比较，选举出根网桥；之后所有非根网桥均不在发送BPDU，而仅接收和转发根网桥的BPDU；BPDU的发送周期为2s，hold time 20s(死亡时间)；

TCP——拓扑变更消息（同样是BPDU），本地交换机链路故障后，STP重新收敛，为了快速刷新全网所有交换机的MAC表，将向本地所有的STP接口发送TCN（标记位中的TCN位，置1），邻居交换机收到TCN后，先标记位ACK位为1回复，用于可靠传输消息；之后将TCN逐级转发到根网桥处，由根网桥回复TC消息来逐级回复所有交换机，使得所有交换机临时将MAC表的老化时间修改为15s（默认转发延时）；

生成树选举的名单：根网桥，根端口，指定端口，非指定端口（阻塞端口）

1、根网桥

（在一个生成树实例中，有且只有一台交换机为root）
选举时通过BPDU中的桥ID决定
桥ID=网桥优先级+MAC地址
网桥优先级：0—65535位公有，默认为32768；
MAC地址：只有存在Svi接口的交换机才拥有MAC地址，若存在多个，MAC选数值最小；

根网桥的选举：先比较优先级，小优先；若优先级相同，则比较mac，数值小优先；

2、根端口

（在每台非根网桥上，有且只有一个接口；本地离根网桥最近的接口——最短，星型；接收来自根网桥的BPDU，转发用户的流量——该接口不阻塞）

规则：
1.比较从根网桥发出后通过该接口进入是最小的cost值（进入+）；
2.入向的cost值相同，则比较该接口对端设备的BID，小优先；
3.若对端BID也相同，则比较该接口对端设备的接口的PID，小优先；
4.若对端PID也相同，则比较本地PID，小优先；

PID=端口ID=接口优先级+接口编号
接口优先级：0—255，默认128

3、指定端口

（在每一段存在STP的物理链路上，有且只有一个；转发来自根网桥的BPDU，同时可以转发用户流量——吧阻塞；默认根网桥上所有接口为指定端口）
1.比较从根网桥发出后通过该接口进入这段链路是的cost值最小（出+）
2.若出向cost值相同，必较本地的BID，小优先；
3.若本地BID相同，比较本地的PID;
4.若本地PID相同，则直接阻塞该端口；

4、非指定端口（阻塞端口）

——当以上所有角色选举完成后，剩余没有任何角色的接口为非指定端口；
该端口逻辑阻塞，实际可以接受到信息，但不转发；

二、名词解释

1、cost值：不同带宽存在不同cost；

802.1D标准：
10 M=100;
100M=19;
1000M=4;
10000M=2;
100000M=1;

802.1T标准：
1000M=20000;
100M=200000;

华为默认使用802.1T标准；

2、接口状态

1.dowm

没有BPDU收发，一旦可以进行BPDU收发，则进入下一状态；

2.侦听

强制15s，所有交换机进行BPDU收发，选举所有角色；
接口角色为非指定端口直接进入阻塞状态；
若为指定端口和根端口进入下一状态；

3.学习

强制15s，指定端口和根端口学习所有接口连接设备的MAC地址，生成MAC表；
之后进入下一状态；

4.转发

指定端口和根端口进入，可以转发用户报文；

5.阻塞

逻辑阻塞；
注：只有到接口进入到转发状态后，才能为用户转发数据报文，之前的30s不能转发任何数据；

3、收敛时间

初次收敛——30s=15s侦听+15s学习

4、结构变化

存在直连检测：本地存在阻塞端口，若其他端口断开，该阻塞端口马上进入15s侦听（选举）；结果若为启用，那么僵再进入15s学习——总用时30s；
没有直连检测：本地不存在阻塞端口，若某个端口断开，将发送次优BPDU（以本地为根）给其他邻居交换机，其他交换机无视该数据，进行20s hold time计时，到时阻塞接口进入15s侦听，15s学习——总用时50s；

三、802.1D缺点

1.收敛慢；
2.链路利用率低；

802.1D配置命令：
[sw1]stp mode stp 修改为802.1d算法，当下华为默认为MSTP；
[sw1]stp priority 4096 修改网桥优先级

修改接口cost值：
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp cost ?
INTEGER<1-200000000> Port path cost

修改接口优先级：
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp port priority ?
INTEGER<0-240> Port priority, in steps of 16

四、PVST（Cisco私有）——基于vlan的生成树协议

在每个vlan内，存在一个树，每个树的工作原理同802.1D一致；不同vlan的BPDU区别在于优先级；

优先级=4096倍数+vlan ID
人为仅可修改4096倍数备份，且只能修改为4096的整数；仅支持trunk感到封装为ISL（Cisco私有封装）

五、PVST+

（在PVST基础上，兼容802.1q的trunk封装；且设计了不封的加速）

1.端口加速：
进入层连接用户的接口；

2.上行链路加速：
针对直连检测；

3.骨干加速：
针对次优BPDU

缺点：
1.收敛慢——加速不彻底；
2.树多（仅Cisco存在单独的芯片，友商无法负荷）

六、快速生成树

1、种类：

Cisco的RSTP——基于vlan的快速生成树，一个vlan一颗树，pvst+的升级；
公有RSTP（802.1w）——整个交换网络一颗树，802.1的升级；

2、快速的原理：

1.取消了计时器，而是在一个状态工作完成后，直接进入下一状态（基础设备的提升带来的更优选择）

2.分段式同步，两台设备间逐级收敛；使用请求和同意标记；依赖标记位的第一和第六为位；

3.BPDU的保活修改为——6s，hello time 2s；

4.将端口加速（边缘接口）、上行链路加速、骨干加速集成；

5.兼容802.1d和PVST，但802.1d和PVST没有使用标记位当中的第一到第六位，故不能快速收敛；因此如果网络中有一台设备不支持快速收敛，那么其他开启快速收敛的设备也不能快速收敛；
当TCN消息出现时，不需要等待根网桥的BPDU，就可以刷新本地的cam表；

切记接口默认为半双工时，即便允许RSTP，依然基于慢速的802.1D算法来收敛；
[sw1]stp mode rstp
开启加速；

3、边缘接口

边缘接口——用于连接PC的接口上，一旦被设定为边缘接口，将不再进行BPDU的发送，且不进行STP的收敛，直接为转发状态；但若该接口收到了对端的BPDU，将失去边缘特性，重新正常收敛；
开启边缘接口：
[sw1]interface GigabitEthernet 0/0/1
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp edged-port enable

修改网桥优先级：
[sw1]stp priority ?
INTEGER<0-61440> Bridge priority, in steps of 4096

快速定义根网桥角色（人为定义）：
[sw1]stp root ?
primary Primary root switch
secondary Secondary root switch

修改接口优先级：
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp port priority ?
INTEGER<0-240> Port priority, in steps of 16

修改接口cost值：
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp cost ?
INTEGER<1-200000000> Port path cost

七、MSTP/MST/802.1S——华为设备默认使用的协议

MSTP继承了快熟生成树的基础，将多个vlan置于一个组内，基于每个组有一颗树；

不同组之间的BPDU优先级等于4098的倍数加该组组号；

启动命令：
[Huawei]stp mode mstp

MSTP默认存在组0，且所有vlan默认处于该组：
优先级=32768+0

分组命令：
[sw1]stp enable
[sw1]stp region-configuration
[sw1-mst-region]region-name a （所有设备应在一个组内）
[sw1-mst-region]instance 1 vlan 1 to 5
[sw1-mst-region]instance 2 vlan 6 to 10
[sw1-mst-region]active region-configuration [激活当前配置（必须配置该指令）]

注：若将创建某个组，但该组内的vlan在本交换机上没有创建，同时没有为该vlan服务的接口，则该组没有任何信息；整个交换网络中所有设备的分组信息必须完全一致；

定义本地为组1的主根，组2 的备份根，命令：
stp instance 1 root primary 优先级修改为0
stp instance 2 root secondary 优先级修改为4096

[sw1]stp instance 1 priority ?
INTEGER<0-61440> Bridge priority, in steps of 4096

[sw1]interface GigabitEthernet 0/0/1
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp instance 1 cost ?
INTEGER<1-200000000> Port path cost

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp instance 1 port priority ?
INTEGER<0-240> Port priority, in steps of 16