CCIE学习（9）――优化STP

● 为什么要提出 STP 的优化问题？

简单的 STP 配置虽然可以工作，但可能存在一个突出的问题：收敛时间过长，有时候在全网收敛时间可能超过 1 分钟以上。所以 STP 在发展过程中也不断在优化，以提升其工作效率。

 

● PortFast, UplinkFast 和 BackboneFast

这些都是 Cisco 提出来的特别针对 STP 问题的解决方案，具体如下：

1 ） PortFast              使用环境：在接入（ access ）端口上使用

                                     优化方法：一旦该端口物理上能工作，立即将其置为“转发”状态

                                     配置命令： spanning-tree portfast (interface subcommand) ，spanning-tree portfast default (global)

2 ） UplinkFast           使用环境：在包含多条上行线路的接入层交换机上使用

                                     优化方法：当一个根端口（ RP ）失去连接时，立即用另一个 RP 替换，并                             可立即转发流量，在所有交换机的 CAM 中触发更新。

                                     配置命令： spanning-tree uplinkfast [max-update-rate rate] (global)

3 ） BackboneFast    使用环境：主要在网络骨干上用来侦测间接的连接失败

                                     优化方法：当 RP 停止接收 Hello 时，不需要等待 Maxage 时间，而是直接                              查询与 RP 相连的交换机（使用 RLQ BPDU ）。

                                     配置命令： spanning-tree backbonefast (global)

 

● PortChannel

从 STP 的角度考虑，将多条链路看作一条链路，这样可以提高网络的可用性（特别在中继链路上），只要这些链路有一条保持连接， STP 路径就可以保持，就不需要再重新收敛 STP 。

当交换机要由 PortChannel 发送帧时，必须预先决定从哪条物理链路发送。这个决定工作由 Cisco 交换机通过负载均衡（基于交换机的全局负载均衡配置）的方法来实现。 Port-channel load balance type 命令可以设置负载均衡的类型（如使用源和目的 MAC 、 IP 地址以及 TCP 、 UDP 端口等）

可以通过 channel-group number mode on (interface subcommand) 配置哪个接口属于 PortChannel 。也可以通过动态协议来配置，这类协议有： Cisco 特有的 Port Aggregation Protocol （端口聚合协议， PAgP ）和 IEEE 802.1 AD 的 Link Aggregation Control Protocol （链路聚合控制协议， LACP ）。使用 PAgP 配置的命令是 channel-group number mode auto|desirable 。使用 LACP 配置的命令是 channel-group number mode active|passive 。对于动态决定加入 PortChannel 的那些端口而言，必须相同的条件是：

1 ）同样的速度和双工设置

2 ）如果不是中继，应属于同一个 VLAN

3 ）如果是中继，应为同一中继类型，应同为允许的 VLAN 和原始 VLAN

4 ）对于每个通过 PortChannel 的所有链路传输的 VLAN 都有同样的 STP 开销

5 ）没有配置 SPAN

 

● 快速生成树协议

IEEE 802.1w 快速生成树协议（ RSTP ）对 802.1d 标准的提升：加速 STP 收敛。为了实现这个目的， RSTP 定义了与 STP 所不同的 BPDU ，定义了新的端口状态以及新的端口角色，同时它还能与 STP 兼容。具体如下：

1 ） RP 反应速度：只等待 3 个 Hello （ STP 是 10 个）

2 ）可由丢弃状态（代替了 STP 的阻塞状态）直接转换到学习状态，而不需要 STP 的监听状态

3 ） Cisco 的 PortFast 、 UplinkFast 和 BackboneFast 功能的标准化

4 ）如果一个交换机有多个端口连接到同一共享 LAN 段，可以允许备份的 DP

RSTP 有效利用了交换网络的拓扑结构，因而可以加速收敛。 RSTP 定义了三种链路类型：

1 ）点对点：交换机间的连接

2 ）共享：交换机到 hub 的连接

3 ）边：交换机到用户设备的连接

对于边链路类型的处理方式，与前面所述的 ProtFast 类似（配置也一样）。对于点对点链路， RSTP 直接向相邻交换机查询状态，这与 BackboneFast 类似，只不过这里使用的是 IEEE 的标准消息罢了。

RSTP 和 STP 端口状态比较：

管理状态	STP 状态（ 802.1d ）	RSTP 状态（ 802.1w ）
不可用状态	屏蔽（ Disabled ）	丢弃（ Discarding ）
可用状态	阻塞（ Blocking ）	丢弃（ Discarding ）
可用状态	监听（ Listening ）	丢弃（ Discarding ）
可用状态	学习（ Learning ）	学习（ Learning ）
可用状态	转发（ Forwarding ）	转发（ Forwarding ）

在 RSTP 中，丢弃状态意味着该端口既不转发帧，也不接收帧，也不学习源 MAC 地址，而不管其什么原因造成。 RSTP 不再需要监听状态，因为它是动态查询邻接交换机，这就已经保证其收敛的时候不会产生环。

与 STP 类似， RSTP 使用端口角色（ port role ）来表示端口是 RP 还是 DP 。除了这两个角色之外， RSTP 还引入了一些新的角色，如下表所示：

RSTP 角色	描述
根端口	与 STP 同
指定端口	与 STP 同
可替端口	类似于 UplinkFast ，可替换的根端口
备份端口	可替换的指定端口

设置 RSTP 的命令： spanning-tree mode rapid-pvst (global) ，也可以使用 802.1s MST （使用的也是 802.1w RSTP ）

 

● 快速 Per VLAN 增值生成树（ RPVST+ ）

RSTP 与 PVST+ 的组合，结合了两者的优点，与 MSTP 和 PVST+ 兼容。

配置方法：在接口上，输入 spanning-tree link-type point-to-point 命令

 

● 多生成树（ IEEE 802.1s ）

又称为多实例 STP ，定义了怎样使用 802.1Q 中继来实现 STP 的多个实例的方法。其主要好处在于：

1 ）与 PVST+ 类似，当有些端口在一个 VLAN 下是阻塞时，在另一个 VLAN 下仍然可以转发。

2 ）总使用 802.1w RSTP 来实现快速收敛。

3 ）不要求每个 VLAN 都分配一个 STP 实例。

在一起使用 MST 的交换机群称为 MST 区域；为了创建 MST 区域，交换机需要进行以下配置：

1 ）使用 spanning-tree mode mst 命令进入 MST 配置模式。

2 ）在 MST 配置模式下，使用 name 子命令创建 MST 区域名（最多 32 个字符）。

3 ）在 MST 配置模式下，使用 revision 子命令创建 MST 修订号

4 ）在 MST 配置模式下，使用 instance 子命令将 VLAN 映射到 MST 的 STP 实例上

MST 配置的关键在于：区域中的所有交换机必须配置相同参数。