CCNP学习笔记（8）

Spanning Tree Protocol ――生成树

交换机 MAC 地址表：存放数据帧源 MAC 地址与交换机接收端口的对应关系

方案一：存在单点故障

方案二：建议使用，但存在的问题是 ① 广播环路（广播风暴） ② 桥接表破坏

问题产生的原因：源设备到目的设备之间的活动链路不止一条

解决办法：使用生成树协议保证源设置到目的设备之间的活动链路只有一条，同时也提供了链路的冗余

 

一、 STP 工作原理

1.BPDU （ Bridge Protocol Data Unit ）：桥协议单元

⑴ 功能：

① 选举根（核心）交换机

② 决定阻塞哪台交换机的哪个端口

③ 监控网络状态（通告网络变化信息）

⑵ BPDU 的封装

① bridge ID ：桥 ID ，用来代表交换机

组成：优先级 +MAC 地址

// 优先级： 0--65535 ，默认 32768

// 优先级和 MAC 都是越小越优先

② root ID ：根交换机 ID ，声明自己承认的根交换机

③ cost of path ：路径开销，用于衡量路径的好坏

常见链路的开销（以太网）：

Link Speed                cost

10Mbps                  100

100Mbps                 19

1Gbps                   4

10Gbps                  2

④ port ID ：端口 ID ，用于标识端口（不同于端口号）

组成：端口优先级 + 端口号

端口优先级： 0--255 ，默认 255

端口优先级和端口号越小越好

⑤ hello time ： BPDU 发送时间，默认 2S

⑥ forward delay ：转发延时，默认 15S

⑦ message age ：最大存活周期，默认 20S

二、术语

1. 根交换机：网络中的核心交换机

2. 根端口：到达根交换机最近的端口

3. 指定交换机：某网段上到达根交换机最近的交换机，叫做该网段的指定交换机

4. 指定端口：某网段的指定交换机上，连接该网段的端口，叫指定端口

// 根交换机上所有端口都是根端口

例： ① ② ③ 网段的制定交换机为 A ， 123 为制定端口。 ④ 网段指定交换机看链路开销，假如 ③ 网段开销小，则 ④ 网段指定交换机为端口 6

 

 

三、生成树工作步骤

1. 确定根交换机

2. 根据路径开销确定根端口

3. 根据路径开销和桥 ID ，确定“指定交换机”

4. 根据端口 ID ，确定指定交换机（通过端口 ID 确定指定端口）

四、生成树阻塞端口的原则

1. 根端口和指定端口不能被阻塞

2. 其他所有端口都被阻塞

 

 

五、生成树状态

1. 禁用状态：手工把生成树关闭

2. 阻塞状态：

特性：

① 无 MAC 表：无端口与 MAC 对应关系

② 只接受 BPDU ，并直接传递给系统模块，但不发送 BPDU

③ 接收并响应网络管理消息 , 但并不传递该消息

④ 丢弃从所连网段上收到的数据帧 , 或其他端口交换来的帧

3. 侦听状态：

特性

① 无 MAC 表

② 接受并发送 BPDU

③ 接收并响应网络管理消息 , 但并不传递该消息

④ 丢弃从所连网段上收到的数据帧 , 或其他端口交换来的帧

重点：当交换机一定时间内没有收到 BPDU ，就认为自己是根交换机，端口将进入侦听状态

// 选举根交换机、根端口、指定交换机、指定端口发生在侦听状态期间，端口选出后，根端口和指定端口在 15S 后，进入学习状态，其他端口回到阻塞状态

4. 学习状态：

① 构建 MAC 地址表

② 接收和发送 BPDU

③ 接收并响应网络管理消息 , 但并不传递该消息

④ 丢弃从所连网段上收到的数据帧 , 或其他端口交换来的帧

5. 转发状态：

特性：

① 构建 MAC 地址表

② 接收和发送 BPDU

③ 接收并响应网络管理消息 , 但并不传递该消息

④ 转发从所连网段上收到的数据帧 , 或其他端口交换来的帧

端口状态的转换：

阻塞      侦听      学习      转发

① 20s+15s+15s=50s             ② 0s+15s+15s=30s

 

 

六、生成树的配置

1. 启用生成树

(config)#spannig-tree vlan vlan 号

2. 修改根交换机

① (config)#spanning-tree vlan vlan 号 root primary

// 降低交换机优先级来影响成为根交换机

② (config)#spanning-tree vlan vlan 号 priority 优先级

// 优先级： 0--61440 ，以 4096 递增，默认 32768

合法的值为 :4096,8192,12288,16384,20480,24576,28672,

32768,36864,40960,45056,49152,53248,57344,61440

3. 修改 vlan 端口优先级

① vlan 接入端口

(config-if)#spanning-tree vlan port-priority 优先级

② vlan 干线端口

(config-if)#spanning-tree vlan vlan 号 port-priority 优先级

//vlan 号： EMI:1--4094   SMI ： 1--1005

//priority:0---255, 默认 :128, 数值越小 , 优先级越高

例 1 ： VLAN 端口设置优先级的典型应用

使用端口优先级可以实现负载分担 :

当一台交换机上的两个端口形成回路时 , 用端口优先级可以决定哪个端口被打开 , 哪个端口被阻塞

在中继上 , 承载 vlan3 ― vlan8 的流量 :

为了负载分担 , 让中继 1 传输 vlan3 ― vlan5 的流量 , 中继 2 传输 vlan6 ― vlan8 的流量

一旦某中继出现故障 , 另一中继可以作为冗余。

Sw(config)#int f0/1

sw(config-if)#spanning-tree vlan 3 port-priority 10

sw(config-if)#spanning-tree vlan 4 port-priority 10

sw(config-if)#spanning-tree vlan 5 port-priority 10

Sw(config)#int f0/2

sw(config-if)#spanning-tree vlan 6 port-priority 10

sw(config-if)#spanning-tree vlan 7 port-priority 10

sw(config-if)#spanning-tree vlan 8 port-priority 10

4. 配置 vlan 端口开销

① vlan 接入端口

(config-if)#spanning-tree cost 开销

//cost:1---200000000, 默认 : 取决于接口介质速率

② vlan 干线端口

(config-if)#spanning-tree vlan vlan 号 开销

//vlan-id: smi:1---1005,  emi:1---4094

//cost:1---200000000, 默认 : 取决于接口介质速率

例 2 ： VLAN 端口设置开销的典型应用

在中继上 , 承载 vlan3 ― vlan8 的流量 :

为了负载分担 , 让中继 1 传输 vlan3 ― vlan5 的流量 , 中继 2 传输 vlan6 ― vlan8 的流量

一旦某中继出现故障 , 另一中继可以作为冗余。

Sw(config)#int f0/1

sw(config-if)#spanning-tree vlan 3 cost 10

sw(config-if)#spanning-tree vlan 4 cost 10

sw(config-if)#spanning-tree vlan 5 cost 10

Sw(config)#int f0/2

sw(config-if)#spanning-tree vlan 6 cost 10

sw(config-if)#spanning-tree vlan 7 cost 10

sw(config-if)#spanning-tree vlan 8 cost 10

 

 

七、增强生成树（ Enhancing Spanning Tree Protocol ）

1.port fast

应用场合：交换机上，连接 PC ， server ， router 端口

机理：启用 portfast 技术的端口，会立即由阻塞状态变为转发状态，不经历“侦听状态”和“学习状态”

配置： (config-if)#spanning-tree portfast

2.uplink fast

应用场合：用于“上连链路”的交换机端口

// 上连链路：接入层 switch 到核心层 switch 的链路

机理：启用 uplink fast 技术的端口，会立即由阻塞状态变为转发状态，不经历“侦听状态”和“学习状态”

配置： (config)#spanning-tree uplinkfast

// 自动开启所有上连端口

3.backbone fast

应用场合：核心交换机之间的链路故障（非直连链路故障）

机理：启用 backbone fast 技术的端口，当非直连链路故障时，立即把端口由阻塞状态变为侦听状态， 15s 后变学习状态， 15s 后变转发状态

配置： (config)#spanning-tree backbonefast

 

 

八、快速生成树（ Rapid Spanning-tree protocol ）

特性：能使口快速进入到转发状态，而不依赖定时器的配置

快速 STP 状态：丢弃，学习，转发（传统 STP 为 5 个）

RSTP 端口的角色：

① 根端口

② 指定端口

③ 替代端口：从其他网桥上收到更有用的 BPDU ，而处于阻塞状态的端口

④备份端口：从同一网桥上收到更有用的BPDU，而处于阻塞状态的端口

九、多生成树

1. 特性：

① 为数据流提供多路径转发

② 提供负载分担能力

③ 增强网络的容错能力

2. 多生成树配置

① 启用多生成树（默认关闭）

(config)#spanning-tree mode mst

// 该命令不仅启用了多生成树，同时也启用了快速生成树

② 指定多生成树参数

(config)#spanning-tree mst configuration

(config-mst)#name 名

// 给生成树命名

(config-mst)#revision 号

// 设置 MST 配置修订版本号： 0--65535 （描述 vlan 信息好坏）

(config-mst)#instance 实例号 vlan vlan 号

// 指定生成树负责的 vlan

实例号： 0--15 ，描述 STP 是第几棵树

Vlan 号： 1---4096    语法格式 :  1-10 或 10,20,30

查看多生成树配置： show spanning-tree mst configuration

③ 配置多生成树的根交换机：

(config)#spanning-tree mst 实例号 root primary （主根）

(config)#spanning-tree mst 实例号 root secondary （备用根）

// 还是降低优先级来设置根

也可以通过设置“交换机优先级”来指定根和备份根

(config)#spanning-tree mst 实例号 priority 优先级

实例号： 0--15

优先级： 0--61440 ，以 4096 递增，默认 32768

#show spanning-tree mst 实例号

④ 配置 MST 开销

(config-if)#spanning-tree mst 实例号 cost 开销

实例号： 0--15

开销： 1--200000000

⑤ 配置 MST 端口优先级

(config-if)#spanning-tree mst 实例号 port-priority 优先级

实例号： 0--15

优先级： 1-255 ，默认 128 ，数值越小越优先

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