【HCIA持续更新】单点故障解决方案之STP
单点故障解决方案之STP
技术背景
1、二层交换机网络冗余性与环路
2、人为错误导致的二层环路
二层环路带来的问题
1、广播风暴：交换机CPU利用率飙升
2、MAC地址飘逸：每一次MAC地址表都会变化
生成树协议
一、生成树能动态响应网络拓扑变化调整阻塞接口
交换机上运行的生成树协议会持续监控网络的拓扑结构，当网络的拓扑结构发生变化时，生成树可以感知这些变化，并自动做出调整。
生成树既可以做到防止二层交换机的环路，又可以做到提高网络的冗余性
二、STP概述
1、STP是一个用于局域网中消除环路的协议
2、运行该协议的设备通过彼此交互信息而发现网络中的环路，并对某些接口进行阻塞以消除环路
3、STP在网络中运行后会持续监控网络的状态，当网络出现拓扑变更时，STP能够进行感知并可以制动响应，从而使网络状态适应新的拓扑结构，保证网络的可靠性
4、由于局域网规模的不断增长，生成树协议成为了当前最重要的局域网协议之一
STP的基本概念及工作原理
桥ID
1、IEEE 802.1D标准中规定BID由16位的桥优先级与桥MAC地址构成
2、每一台运行的STP的交换机都有一个唯一的BID
3、BID桥优先级占据高16bit，其余48bit是桥MAC地址
4、在STP网络中，BID最小的设备会被选举为根桥
根桥
1、根桥是一个STP交换网络中的树根
2、STP开始工作以后，会在交换网络中选举一个根桥，根桥是生成树进行拓扑计算的重要“参考点”，是STP计算得出的无环拓扑的树根
3、在STP网络中，桥ID最小的设备会被选举为根桥
在BID的比较过程中，首先比较桥优先级，优先级的值越小，则越优先，拥有最小优先级值的交换机会 成为根桥；如果优先级相等在比较MAC地址，拥有最小MAC地址的交换机会成为根桥。
开销Cost
1、每一个激活了的STP的接口都维护着一个Cost值，接口的Cost主要用于计算根路径的开销，也就是到达根的开销。
2、接口的缺省Cost除了与其速率、工作模式有关，还与交换机使用的STP Cost计算方法有关
3、接口带宽越大，则Cost值越小
4、用户也可以根据需要通过的命令调整接口的Cost
根路径开销RPC
1、在STP的拓扑计算过程中，一个非常重要的环节就是“丈量”交换机某个接口到根桥的“成本”，也即RPC。
2、一台设备从某个接口到达根桥的RPC等于从根桥到该设备沿途所有入方向接口的Cost累加
port ID（接口ID）
1、运行STP的交换机使用接口ID来标识每一个接口，接口ID主要用于在特定场景下选举指定接口
2、接口ID由两部分构成，高4 bit是接口优先级，低12 bit是接口编号
3、激活STP的接口会维护一个缺省的接口优先级，在华为交换机上，该值为128.用户可以根据实际需要，通过命令修改该优先级
网桥协议数据单元
1、BPDU是STP能够正常工作的根本；。BPDU是STP的协议报文。
2、STP交换机之间会交互BPDU报文。这些BPDU报文携带着一些重要信息，正是基于这些信息，STP才可以顺利工作
3、BPDU分为两种类型
配置BPDU:STP进行拓扑计算的关键
TCN BPDU：只在网络拓扑发生变更是才触发
STP的计算过程
1、选举根桥
2、选举根接口
3、选举指定接口
4、阻塞非指定接口
STP接口状态
| 状态名称 | 状态描述 |
|---|---|
| 禁用 | 该接口不能收发BPDU，也不能收发业务数据帧，例如接口为down |
| 阻塞 | 该接口被STP阻塞。处于阻塞状态的接口不能发送BPUD，但是会持续侦听BPDU，而且不能收发业务数据帧，也不会进行MAC地址学习 |
| 侦听 | 当接口处于该状态时，表明STP初步认定该接口为根接口或指定接口，但接口依然处于STP的运算过程中，此时接口可以收发BPDU，但是不能收发业务数据帧，也不会进行MAC地址的学习 |
| 学习 | 会侦听业务数据帧，并且在收到业务数据帧后进行MAC学习 |
| 转发 | 接口可以正常的收发业务数据帧，也会进行BPDU处理。接口的角色需是根接口或指定接口才能进入转发状态 |
拓扑变化
STP的基础配置
1、配置生成数工作模式
stp mode {stp|rstp|mstp}
2、（可选）配置根桥
stp root primary
3、（可选）备选根桥
stp root secondary
4、配置交换机的STP优先级
stp priority (priority)
5、配置接口路径开销
stp cost (cost)