【网络基础实战之路】带你回忆STP生成树的前世今生

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文章目录：

一、最初的起点：802.1D

二、PVST与PVST+

三、RSTP与802.1W

四、最终的结果：MSTP/802.1S

前言

企业网三层架构--->冗余---->线路冗余--->二层桥接环路

二层桥接环路导致的问题：

 1、广播风暴

2、MAC地址表翻滚 ---在一台交换机上，同一个MAC地址只能映射唯一的接口；但同一个接口可以映射多个不同的MAC地址；

3、同一数据帧的重复拷贝

PS:以上3个条件最终导致设备工作过载，导致重启保护 

因此就诞生了生成树：

生成树：在一个二层交换网络中，生成一棵树型结构，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；生成树在生成过程中，应该尽量的生成一棵星型结构，且最短路径树。

STP的版本号：  802.1D      PVST PVST+(CISCO)      RSTP(802.1w)      MSTP(802.1S)

一、最初的起点：802.1D

BPDU——桥协议数据单元——交换机间沟通互动收发的数据

选举——根网桥    根端口     指定端口   非指定端口（阻塞端口）

（一）根网桥（ROOT）

 在一棵生成树实例中，有且仅有一台交换机为root；

选举顺序：

1、根网桥的选举   先比较优先级，小优；

2、若优先级相同，比较mac，数值小优；

PS:生成协议中，至少应该将根网桥干涉到汇聚层处

（二）根端口（ROOT）

在每台非根网桥上，有且仅有一个接口；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）。

比较顺序：

1、比较从根网桥发出后，通过该接口进入时最小的cost值；

2、比较该接口对端设备的BID，小优

3、比较该接口对端设备的接口的PID；先优先级小，若优先级一致，编号小

4、比较本地PID，小优；

PID=端口ID   接口优先级（0-240，步长16，默认128）—— 接口编号

 （三）指定端口（DESI）

在每一段存在STP的物理链路上，有且仅有一个；转发来自根网桥的BPDU，同时可以转发用户流量（不阻塞）。默认根网桥上所有接口为指定端口。

比较顺序：

1、比较从根网桥发出后，通过该接口进入这段链路时的cost值最小（出向）

2、比较本地的BID，小优；

3、比较本地的PID；

4、若以上都相同，直接阻塞该端口；

（四）非指定端口（阻塞端口）

当以上所有角色全部选举完成后，剩余没有任何角色的接口为非指定。

该接口逻辑阻塞，实际可以接收到信息，但不转发。

（五）接口状态

1、down：没有BPDU收发，一旦可以进行BPDU收发进入下一状态

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；

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：指端端口和根端口进入，可以转发用户报文；

5、阻塞：逻辑阻塞；

PS：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。

（六）收敛时间

初次收敛—30s =  15侦听+15s学习

当结构发生变化：

1、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15是侦听（选举）；结果若为启用，那么将再进入15s学习——总30s

2、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，到时时阻塞接口进入15s侦听，15s学习=总50s。

（七）802.1D 缺点

1、收敛慢   

2、链路利用率低

（八）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

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp cost 1-200000000   #修改接口cost值

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp port priority 0-240    #修改接口优先级

二、PVST与PVST+

（一）PVST

cisco私有——基于vlan的生成树协议

在每个vlan内，存在一棵树，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的整倍）

仅支持  trunk干道封装为ISL（cisco私有封装）

（二）PVST +

在PVST的基础，兼容802.1q的trunk封装，且设计了部分的加速：

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

上行链路加速：仅在接入层设备上配置，因为配置后，该交换机将自动加大本地的网桥优先级，在直连检测条件下阻塞接口将跳过30s，直接进入转发状态。

骨干加速：所有交换机均可配置，针对接收到次优BPDU的阻塞端口可以跳过20s的hold time。

（三）存在缺点

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）    

三、RSTP与802.1W

RSTP——cisco私有——一个vlan一棵树——基于vlan的快速生成树（pvst+的升级）

802.1w——公有——整个交换网络一棵树（802.1d的升级）

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；

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1和第6位；（BPDU的保活为6s；hello time 2s）

3、将端口加速（边缘接口）、上行链路加速、骨干加速集成了；

4、兼容802.1d和PVST，但802.1d和PVST没有使用标记位中的第1-6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；

5、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。

PS：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。

四、最终的结果：MSTP/802.1S

华为设备默认使用：MSTP

继承了快速生成树的基础， 将多个vlan放置于一个组内，基于每个组一棵生成树。

不同组间的BPDU中优先级= 4096倍数+组号（默认存在组0，且所有vlan默认处于该组；优先级= 32768+0）

（一）分组的配置命令

[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）

PS：整个交换网络中所有设备的分组信息必须完全一致；

（二）干涉的配置命令

1、定义本地为组1 的主根，组2 的备份根（主用）

[sw1]stp instance 1 root primary      优先级修改为0

[sw1]stp instance 2 root secondary    优先级修改为4096

2、改属性

[sw1]stp instance  1  priority 0-61440

[sw1]interface GigabitEthernet 0/0/1

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp instance 1 cost 1-200000000

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp instance 1 port priority 0-240

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