HCIP（第十七天）—— STP生成树协议

STP五种接口状态

1、禁用

（1）接口关闭情况下        （2）接口禁用生成树协议

2、阻塞

生成树协议激活接口后进入的第一个状态。该状态下，接口只能侦听BPDU，不能转发BPDU和业务帧，也不能学习MAC地址。

一开始所有接口都进入阻塞状态，则都不发送配置BPDU，这样，所有接口都侦听不到BPDU，则20S老化时间后将进入下一个阶段。

3、侦听

STP角色选举阶段，这个状态下可以收发BPDU，但是不能转发业务数据，也不能学习MAC地址。

这个状态下不允许转发业务数据，主要是因为为了防止在角色没有完全选出来时，可能出现临时环路，导致业务流量入环。

侦听状态需要停留一个转发延迟时间，默认为15S，这个时间就是用来选举的时间。即使，角色选举提前结束，也需要等到时间到达再进入下一个状态。

角色选举完成后，不是所有的接口都进入下一个学习状态，而是根端口和指定端口可以继续进行，非指定端口则将退回到阻塞状态。

4、学习

该状态需要停留15S，只学习业务数据帧中的MAC地址，但是不进行转发。
其目的在于减少在MAC地址没有记录时，未知单播泛洪操作。

5、转发

可以正常的接受发送BPDU及业务数据

STP的配置

[sw1]stp mode ? ---修改STP选择的协议版本---华为设备默认选择的是MSTP协议
mstp Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP) mode
rstp Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) mode
stp Spanning Tree Protocol (STP)mode

[sw1]stp mode stp

[sw1]stp enable ---华为设备默认激活了STP，所以，这一步可以不用写

[sw6]display stp ---查看STP信息
[sw3]display stp brief ---查看STP接口的角色和状态信息

[sw5]stp priority 28672---修改优先级的命令，必须按照4096的倍数来修改

注意:STP根网桥的选举是抢占模式的

[sw6-GigabitEthernet0/0/1]stp port priority ? ---修改接口优先级的命令，必须按照16的倍数来进行修改
INTEGER<0-240> Port priority, in steps of 16

[sw1]stp root primary ---将一台交换机设置成为根网桥----实质上是将该设备的BID中的优先级修改为0。
[sw2]stp root secondary ---将一台交换机设置成为备份根网桥----实质上是将该设备的BID中的优先级修改为4096。

802.1D生成树协议

802.1D收敛时间——30S或50S

首次收敛:50S

结构突变:
（1）根网桥故障:50S
（2）直连链路故障:30S
（3）非直连发生故障:50S

802.1D生成树协议的缺陷:
（1）收敛速度慢
（2）链路利用率低

PVST

基于VLAN的生成树协议，一个VLAN一棵树--- PVST的问题是如果交换网络中存在大量VLAN时，则需要大量树，每棵树都需要通过配置BPDU来来维护树形结构，则造成资源占用过大。

RSTP

快速生成树---802.1W ---一个交换网路中只有一棵树---RSTP可以向下兼容802.1D，需要按照802.1D的规则来执行。

改进点1:变更了端口角色

802.1D ---根端口，指定端口，非指定端口
802.1W ---根端口，指定端口，替代(Alternate)端口，备份(Backup）端口

替代端口：主要目的是成为根端口的备份。由于学习到其他网桥发送的配置BPDU报文而阻塞的端口，他提供的是从指定桥到根桥的另一条路径，作为根端口的备份。当一个根端口失效后，则最优的替代端口可以直接成为根端口，直接进入转发状态。

备份端口：主要目的是成为指定端口的备份。由于学习到自己发送的配置BPDU报文而阻塞的端口。如果指定端口失效后，则将第一时间替代指定端口，直接进入转发状态。

改进点2:修改了端口的状态类型

802.1D ---禁用，阻塞，侦听，学习，转发
802.1W --- DISCARDING---丢弃状态---接口不转发业务流量也不学习MAC地址
        学习---接口可以学习MAC地址，但是不转发业务流量
        转发---接口即可以学习MAC地址，也可以转发业务流量

改进点3:对配置BPDU的报文内容进行修改

在RSTP当中，构建及维护树形结构使用BPDU被称为RST BPDU，其BPDu的类型使用0X02来表示，相当于802.1D当中的配置BPDU。

P/A机制---加快收敛
        RSTP通过P/A机制来保证一个指定端口得以从丢弃状态快速的进入到转发状态，从而加速了生成树的收敛。在P/A机制当中，存在一个“同步状态”，实际上就是将其他所有接口进行堵塞，防止临时环路的产生。

改进点4:对配置BPDU的处理

1、当拓扑结构稳定后，配置BPDU的发送方式发生变化
802.1D --- 只有根网桥每隔2S主动发送配置BPDU，其他非根网桥只被动转发。
802.1W --- 所有非根网桥，也可以每隔2S主动的发送根网桥的配置BPDU。

2、更短的BPDU的超时时间
802.1D --- 最大老化时间 --- 20S
802.1W --- 一个接口在超时时间(三个周期--- 6S)内未收到BPDU，则认为邻居协商失败。

改进点5:快速收敛机制

1、根端口和指定端口的快速切换---利用替代端口和备份端口

2、设置边缘接口
        在802.1W当中，我们可以将交换机连接终端的接口手工配置称为边缘接口，其作用时这些接口将不参与STP生成树角色的选举，之后，这些接口断开，也不会触发结构拓扑变更。

[sw5-GigabitEthernet0/0/1]stp edged-port enable ---边缘接口配置命令
[sw5-GigabitEthernet0/0/1]stp bpdu-filter enable ---开启BPDU的过滤功能，一般结合边缘接口一起使用。

边缘接口存在保护机制，即当这个接口接收到其他交换设备发送BPDU，则将转换成普通接口。

3、P/A机制

改进点6:拓扑变更机制的改进

802.1D:拓扑变更需要通过TCN逐级上报到根网桥，之后，由根网桥逐级下发TC置整个交换网络，将MAC地址表从300S老化时间改为15S老化。
802.1W:拓扑变更设备直接发送TC标记位配置BPDU，之后传递给所有设备，所有设备收到后将直接清空MAC地址表。

MSTP --- 多生成树协议--- 802.1S

在MSTP当中，我们引入了instance实例的概念----可以理解为时一个或多个VLAN的集合.

为了区分和标定不同的instance，我们设计了instance-ID --- 12位二进制构成---其取值范围为0- 4094 ---华为设备默认会生成instance 0，并且，所有的VLAN一开始都默认属于instance 0。

在BID当当中，前2个字节为优先级，这个优先级，实际只使用了前4位。后面12位被称为扩展系统ID，这个拓展系统ID其作用就是用来携带instance lD的。用来区分不同树发送BPDU。----一个实例一棵树。

Region ---域---类似于OSPF当中的区域，当一个交换网络规模较大时，可以将其划分为多个MST域，当然，如果一个交换网络规模较小，则只划分一个MST域也可以。
（1）具有相同的域名--- Region name
（2）必须具备相同修订等级---- revision level
（3）相同的VLAN和instance的映射关系

MSTP的配置

交换网络中存在10个VLAN，其中VLAN1 - 5将走以SW1作为根生成树的链路，vlan 6 - 10走以SW2为根的树。并且两台设备互为备份。

1、创建VLAN
2、配置trunk干道
3、更改生成树的模式
4、配置MST域
5、干涉选举