STP生成树协议

为什么需要STP协议

局域网中容易出现的问题：

单点故障和单链路故障，即：当某条链路故障或某一台设备故障导致大面积主机网络中断

如何预防单点故障和单链路故障：

增加冗余/备份设备：预防单点故障
增加冗余/备份链路：预防单链路故障

增加冗余/备份链路后，引发的新问题：

交换机与交换机之间增加备份链路后：极有可能形成环状网络，形成二层环路
二层环路：极有可能引发广播风暴
广播风暴一旦形成：会造成网络拥塞，设备宕机，网络不可用

如何解决因二层环路所导致的广播风暴？

STP协议可以解决二层环路：STP会形成一个物理有环、逻辑无环的网络

STP协议

STP是什么？

STP：Spanning Tree Protocol 生成树协议

STP的作用（如何实现逻辑无环/如何防止广播风暴）

所有交换机物理互相连接
所有交换机启动后，都运行生成树协议
通过生成树协议，逻辑上阻塞端口，从而形成一个逻辑无环拓扑，避免广播风暴
当现在链路出现问题，被禁用的链路可以重新启用，从而形成新逻辑无环拓扑，起到了链路备份的作用

STP的工作原理

角色

步骤一：选举根网桥（Root Bridge），作为整个网络的根
步骤二：确定根端口（Root Port RP），在每个非根交换机上选举一个根端口（RP-根端口）
步骤三：确定指端口（Designated Port DP），在每条链路（每个网段）上选举一个指定端口（DP-指定端口）
步骤四：阻塞备用端口（Alternate Port AP），阻塞非指定端口

选举根网桥

比较网桥ID（BID）选择网桥ID值最小的交换机为根网桥
BID：优先级+MAC（总长度8字节）
优先级：默认32768
理论范围：0~65535
实际范围：0~61440
步长值：4096

确定根端口（RP）

每个非根交换机上选举一个根端口，即：非根交换机到根交换机的根路径开销值最小的端口（根路径成本最小）
cost：开销值（到达根交换机的路径成本）
默认值：100M端口【200000】、1000M（1G）端口【20000】、10000M（10G）端口【2000】
BID：优先级+MAC（对端设备的）
PID（端口ID）：优先级+端口号（对端设备）
端口优先级：默认值128
范围：0~240
步长值16

确定指端口（DP）

在每条链路（每个网段）上选举一个指定端口（DP）
ps：根桥上的接口都是指定端口
如果根路径成本相同，则对比端口所在交换机的网桥ID，网桥ID小的端口为指定端口（端口自己所在的网桥ID）
PID（端口ID）：优先级+端口号（自己的）
端口优先级：默认值128
范围：0~240
步长值：16

STP基础配置

display stp //查看生成树状态信息

display bridge mac-address //查看交换机自己的MAC

display stp brief //查看接口STP简要信息

stp priority 4096 //修改BID中的优先级

BPDU报文

BPDU：桥协议数据单元

作用：交换机之间通过周期性发送BPDU报文，来实现STP功能

BPDU的四个重要字段：

根网桥ID：根交换机的BID
根路径开销：本端口累计到根桥的开销值（cost值）
发送网桥ID：本交换机的BID
端口ID：发送该BPDU报文的端口的ID

BPDU类型

配置BPDU
拓扑变更BPDU

STP端口的五种状态

禁用（disabled）：强制关闭，没有启动STP协议
阻塞（blocking）：只接收BPDU报文，不发送BPDU报文
侦听（listening）：比较BPDU报文，确定交换机角色和端口角色
学习（learning）：基于端口上收到的数据帧，学习MAC地址表
转发（forwarding）：电口最终的状态，能够发送和接收用户数据

STP3种计时器

hello时间：端口发送的BPDU报文的时间间隔：默认是2秒
转发延迟（forward delay）：侦听-学习：15秒、学习-转发：15秒
最大老化时间（Max Age）：一个端口最大的"没有接收BPDU报文"的时间间隔：20秒
ps：50秒的转发延时

快速生成树

RSTP：快速生成树，在STP的基础上优化而来

作用：实现网络的快速收敛，降低网络故障时间，提高数据转发的效率

RSTP对STP的改进

引入了P/A机制（让指定端口尽快进入转发状态）
增加了两种端口角色（BP和AP）
Backup Port（备份端口）是指定端口的备份端口
Alternate Port（备用端口）是根端口的替换端口
减少了三种端口状态（禁用、阻塞、侦听三种状态合为一种）

MSTP

MSTP概述

MSTP作用：

默认生成树协议只形成一个网络拓扑，不能有效利用所有网络带宽
为了实现网络的负载均衡，需要让网络形成多个无环拓扑，让不同vlan的主机，选择不同的拓扑来传送数据

端口状态：

Discarding（丢弃）：相当于STP中的禁用、侦听、阻塞，不转发用户数据
Learning（学习）：和STP中的学习状态相同
Forwarding（转发）：和STP中的转发状态相同

MSTP配置

每个交换机创建vlan，交换机相连的接口配置为trunk

配置STP模式为MSTP：

stp mode mstp //修改mstp模式（华为设备默认模式MSTP）
交换机创建MSTP域名，实例和vlan的对应关系
交换机上激活MSTP区域配置
即：

[S1]stp mode mstp //启用MSTP协议

[S1]stp region-configuration //创建MSTP区域

[S1-mst-region]region-name vlan10 //定义区域名为vlan10

[S1-mst-region]instance 1 vlan 10 //指定实例与vlan的对应关系

[S1-mst-region]active region-configuration //激活区域配置

[S1]stp instance 1 priority 4096 //配置SW1为vlan10的根