HCIP STP 生成树协议

HCIP STP 生成树协议
1、企业网三层架构中的冗余，其中线路冗余——产生二层桥接环路
导致问题：
（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；但同一接口可以映射多个不同的MAC地址。
（3）同一数据帧的复制拷贝
以上三个条件最终导致设备工作过载，导致重启保护。
2、生成树协议（STP）：在一个二层交换网络中，生成一棵树形结构，逻辑的阻塞部分接口，使得从根到所有节点仅存在唯一的路径，当最佳路径故障时，自动打开阻塞部分，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。
存在算法：802.1D、PVST、PVST+、RSTP（802.1W）、MSTP（802.1S）
802.1D：
802.1D算法：
所有交换机间使用BPDU包进行沟通
BPDU：
桥协议数据单元，跨层封装至二层的数据帧，周期2s发送一次——用于保活；20s hold time—20s内未接收到对端的BPDU包，则判定对端“死亡”。
配置BPDU：
只有根网桥可以发送，在交换网络初始状态时，所有交换机均定义本地为根网桥，进行BPDU的发送，使得网络中所有交换机均收到其它设备的BPDU，之后基于数据中的参数作为对比，选举出根网桥，再所有非根网桥不再发送BPDU，而是仅接收和转发来自根网桥的BPDU，周期2s发送，hold time 20s。
TCN—：
拓扑变更消息（也是BPDU）：当交换机链路故障后，STP重新收敛，为了快速刷新全网所有交换机的,AC表，将向本地所有STP 接口发送TCN(标记位中的TCN位置为1)，邻居交换机收到TCN后，先标记ACK位为回复，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消息来逐级回复到所有交换机，使所有交换机临时将MAC表的老化时间修改为15s（默认的，延时转发）。
端口角色
1、根网桥——一台交换机，在一棵生成树实例中有且仅有一个。
2、根端口——一个接口，在每台非根网桥，有且仅有一个，是该交换机离根网桥最近接口，负责周期接收来自根的BPDU
3、指定端口——一个接口，在每条存在STP的物理链路上，有且仅有一个，负责转出根网桥的BPDU
4、非指定端口——阻塞端口，当以上所有的角色选举完成后，剩余所有的接口。
角色选举
1、选举根网桥：
（1）比较BPDU中的桥ID（BID）=网桥优先级+MAC地址（背板地址池中数值最小——透明交换机无MAC，二层交换机存在一个MAC，三层以上交换机存在多个）
网桥优先级：0—65535，默认所有设备为32768，越小越优
选举规则：先比较网桥优先级，数值越小越好，若优先级相同，比较MAC地址，数值越小越好。
2、选举根端口：
（1）比较从根网桥发出BPDU后，通过该接口进入时的最小cost值。
（2）若入向cost值相同，比较接口上级（对端）设备的BID值，BID值小的设备对应的接口成为根接口。
（3）若对端的设备的BID相同，cost值相同，比较对端接口的PID，较小的PID接口对应接口为根端口
PID=端口ID=接口优先级+接口编号
接口优先级：0—255，默认为128
（4）若cost值相同，BID、对端接口PID相同，则比较本地接口的PID，越小越优。
3、选举指定端口：
（1）比较从根网桥发出BPDU后，通过该接口转出时cost值，越小越优。
（2）若cost值相同，比较接口所在设备的BID，越小越优。
（3）若cost值、接口所在设备的BID相同，则比较本地PID。
（4）若cost值、接口所在设备BID、本地PID都相同，则直接阻塞改端口。
4、选举非指定端口：
所有角色选举完成后，剩下的端口为非指定端口。
端口状态
1、down：正常通电，通讯后切换到下一个状态。
2、侦听：15s，所有交换机收发BPDU，选举所有角色，根端口与指定端口进入下一状态，非指定端口直接进入阻塞状态。
3、学习：15s，所有交换机接收记录经过的数据帧源MAC地址，生成地址表。
4、转发：根端口、指定端口
5、阻塞：非指定端口
802.1D算法的收敛时间
1、30s初次收敛
2、结构变化：
（1）存在直连检测——一台交换机在结构突变后，仅存在一个阻塞端口可以接收来自根网桥的BPDU，那么该接口将进入到正常的30s收敛阶段。
（2）非直连检测——50s
802.1D缺点
1、收敛速度慢
2、链路利用率低
PVST算法
1、PVST——Cisco私有算法，基于vlan的生成树协议。——一个vlan一棵树，将不同树的根网桥定义到不同的汇聚层设备后，可以实现多个vlan的阻塞链路不是同一链路，实现了所哟接口均工作，只是为不同vlan进行服务，提高链路利用率。
缺点：
1、收敛慢——单棵树内依然使用802.1D算法
2、不支持共有802.1Q的trunk干道，而是仅支持Cisco私有的trunk干道——ISL。
3、树多——每棵树需要2s一个BPDU，计算等消耗资源——Cisco设备存在一块独立芯片来处理多生成树。
PVST+算法
1、PVST+在PVST算法的基础上进一步升级：（1）兼容802.1Q（2）可以做到部分加速——端口加速、上行链路加速、骨干加速。
加速
1、端口加速：用于连接PC的接口，可以不进行收敛，直接进入转发状态，成为指定端口。
2、上行链路加速：针对存在直连检测条件的环境，开启上行链路加速的设备，阻塞端口将直接成为根端口，不再进行30s收敛。
该命令只能在接入层设备配置，因此在一台交换机上开启上行链路加速后，该设备的网桥优先级和端口优先级均变大，让这个设备不能成为根网桥，大概率成为阻塞端口。
3、骨干加速：针对所有交换机配置，用于在收到次优BPDU时，省去20s的hold time 等待，不能省去30s的收敛。
PVST+优点：
1、和PVST一样基于vlan工作，提高链路利用率。
2、部分的加速功能，在特定情况下能够起到一定的加速效果。
3、兼容802.1Q
PVST+缺点：
1、树多（Cisco存在独立芯片，可以解决）
2、加速不够彻底
快速生成树、RSTP（Cisco）、802.1W（公有）
快速生成树：1—2s完成收敛，自带所有加速
公有RSTP（802.1W）是802.1D的升级，整个网络一棵树
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，使用请求和同一标记，依赖标记位的第1和第6位。
3、BPDU保活为6s，hold time为2s
4、将端口加速（边缘接口）、上行链路加速、骨干加速集成了。
边缘接口：
用于连接PC的接口，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。
配置命令：
[SW1]stp mode rstp——将生成树改为RSTP算法

[SW1]intereface g0/0/1
[SW1-G0/0/1]stp edged-port enable

开启边缘接口
[SW1]stp priority +“4096的倍数”——修改网桥优先级
[SW1]stp root +“primary/secondary”——快速定义根网桥角色
primary：网桥优先级降两个4096，该设备成为根。
secondary：网桥优先级降一个4096，该设备成为备份根
[SW1-G0/0/1]stp port priority+<1—200000000>——修改接口cost
[SW1]display stp——查看STP
[SW1]display stp brief——查看简要STP
MSTP（802.1S）
MSTP（802.1S）：基础为快速生成树，是基于组的STP，将多个vlan放置于同一个组内，一个组一棵树，每个组之间依然基于优先级+组号的逻辑来区分BPDU。
配置：
[SW1]stp mode mstp
[SW1]stp enable
[SW1]stp region-configuration——进入mstp配置模式
[SW1-mst-region]region-name xxx——设置组名，所有设备应在一个组内
[SW1-mst-region]instance 1 vlan 1 to 5——将vlan1—5划入组1，并创建组1
[SW1-mst-region]active region-configuration——激活当前配置
[SW1]stp instance 1 root primary——组1为主根，修改优先级为0
[SW1]stp instance 2 root secondary——组2为备份根，修改优先级为4096
[SW1]stp instance 1 priority xxx——修改组的网桥优先级
[SW1]stp instance 1 cost xxx——修改组的cost值
[SW1]stp instance 1 port priority xxx——修改组的接口优先级