文章目录
- [STP(Spanning Tree Protocol，生成树协议)](#STP(Spanning Tree Protocol，生成树协议))
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- 一、STP模式与环路重现
- 二、核心原则：三个有且只有
- 三、根桥选举机制
- 四、端口角色与状态转换
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- [4.1 端口角色](#4.1 端口角色)
- [4.2 状态转换流程](#4.2 状态转换流程)
- 五、BPDU协议详解
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- [5.1 BPDU类型](#5.1 BPDU类型)
- [5.2 关键参数](#5.2 关键参数)
- [5.3 当拓扑变化导致MAC地址表错误时：](#5.3 当拓扑变化导致MAC地址表错误时：)
- [5.4 TCN BPDU关键作用](#5.4 TCN BPDU关键作用)
- 六、设备配置命令
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- [6.1 思科设备](#6.1 思科设备)
- [6.2 华为设备](#6.2 华为设备)
- 实验
- [VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由冗余协议）](#VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由冗余协议）)
STP(Spanning Tree Protocol，生成树协议)
STP协议通过冗余链路提高网络可靠性 ，同时消除环路导致的广播风暴和MAC地址表震荡问题。
一、STP模式与环路重现
- 三种工作模式 ：
- MSTP（默认且最常用）
- RSTP（快速生成树）
- STP（经典生成树）
- 环路重现方法 ：在华为设备上执行
undo stp enable禁用STP协议（二层设备无TTL机制）
二、核心原则：三个有且只有
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根交换机唯一
全网有且只有一个根桥（RB：Root Bridge），其所有端口均为指定端口（DP）
注：根桥可被优先级更高的交换机抢占 -
根端口唯一
每个非根交换机有且只有一个根端口（RP）
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指定端口唯一
每条链路有且只有一个指定端口（DP），根端口与指定端口处于转发状态（Forwarding）
其他端口为非指定端口，将被阻断，blocking(cisco)/discarding(huawei)（阻塞端口：AP）
三、根桥选举机制
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初始状态
所有交换机启动时自认为根桥（RB）
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选举依据
- 桥ID（BID：Bridge ID） 优先级（16位） + MAC地址（48位），优先级数值越小越优
- 根桥ID优先级（0-65535），默认为32768，数值越小越优先，可调整，实际上只能为4096的倍数，所以范围为0-61440
- 端口ID优先级（0-255）：默认为128，数值越小越优先，可调整，只能为16的倍数
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选举流程
- 全网选举BID最小的交换机作为根桥
- 非根交换机基于以下参数选举根端口（RP）：
- RPC（Root Path Cost,根路径开销）
- 对端BID
- 对端PID（接口ID：Port ID，包括接口优先级+接口编号）
- 本端PID
- 对端直连根桥的端口都是RP
- 链路指定端口（DP）选举依据：
- RPC
- 本端BID
- 本端PID
- 未被选举为根端口或指定端口的端口为预备端口，将会被阻塞，成为阻塞端口（AP）
四、端口角色与状态转换
4.1 端口角色
| 角色类型 | 说明 |
|---|---|
| 根端口 | 非根交换机最佳上行路径 |
| 指定端口 | 链路中最佳转发端口 |
| 阻塞端口 | 被阻断的冗余端口（AP） |
注：AP概念实际来自RSTP，STP官方定义仅包含RP和DP
4.2 状态转换流程
图片中数字解释：
1 端口初始化或使能；
2 端口被选为根端口或指定端口；
3 端口不再是根端口或指定端口；
4 forward delay计时器超时；
5 端口禁用或链路失效。
交换机间每一个环路的每一个vlan计算一个STP。
非使能状态（Disabled）→阻塞状态（Blocking 20s）→侦听状态（Listening 15s）→学习状态（Learning 15s）→转发状态（Forwarding）
转换触发条件：
- 初始化/使能端口
- Forward Delay计时器超时
- 链路失效
五、BPDU协议详解
BPDU（Bridge Protocol Data Unit，网桥协议数据单元） ，包含桥ID、路径开销、端口ID、计时器等参数。
5.1 BPDU类型
| 类型 | 方向 | 作用 |
|---|---|---|
| 配置BPDU | 根桥→非根桥 | 传递拓扑信息 |
| TCN BPDU | 非根桥→根桥 | 报告网络拓扑变化 |
5.2 关键参数
- Hello Time：2秒（根桥发送间隔）
- Max Age：20秒（BPDU老化时间）
- 故障恢复时间 ：
- 直连故障：30秒（Listening+Learning）
- 非直连故障：50秒（Max Age+Listening+Learning）
5.3 当拓扑变化导致MAC地址表错误时：
- STP协议30秒完成收敛（15秒Listening + 15秒Learning）
- MAC地址表默认老化时间300秒（5分钟）
注：此时网络理论上仍未完全恢复
5.4 TCN BPDU关键作用
- TCN上报：边缘交换机发送TCN BPDU（Topology Change Notification）
- 根桥响应：根桥回复TC（Topology Change）标记
- 老化加速：MAC地址表老化时间从300秒强制缩短为15秒
- 最终恢复：总恢复时间仍保持30秒（15秒Learning阶段即完成MAC更新）
六、设备配置命令
6.1 思科设备
cisco
show spanning-tree # 查看生成树状态 后面还可以加选项如 vlan xx detail 查看某个vlan的stp详细信息
show spanning-tree bridge id # 查看stp的桥ID等信息
no spanning-tree vlan all # 在所有vlan关闭stp
clear arp-cache # 如果要模拟无stp时的环路现象，关闭stp后还需要重置arp表。6.2 华为设备
cisco
display stp brief # 查看生成树状态，STP的端口角色等信息
display stp # 查看stp的桥ID等信息 后面可以加例如interface g0/0/1，查看某个接口的stp信息
undo stp enable # 关闭stp。或者使用stp disable 开启stp是stp enable
reset arp all # 如果要模拟无stp时的环路现象，关闭stp后还需要重置arp表。
display bridge mac-address # 查看交换机的背板mac
stp cost 20000 #（接口视图下）修改 STP 的 cost 值
stp root ? # 更改根桥为主根或备根（primary/secondary）
stp pathcost-standard ? # 配置接口路径开销（dot1d-1998/dot1t/legacy）实验
使SW1和SW2互为主备，更改stp模式的方法：
思科 ：PVST（Per-VLAN Spanning Tree，思科私有协议），可分流；
华为：VBST（VLAN-Based Spanning Tree，华为特有协议），不能分流。
思科
SW1
cisco
SW1(config)# spanning-tree mode pvst # 真机默认就是这个，模拟器不是，需要改
SW1(config)# spanning-tree vlan 2,3,4 priority 0 # 使sw1成为vlan 2,3,4的主交换机
SW1(config)# spanning-tree vlan 5,6,7 priority 4096 # 使sw1成为vlan 5,6,7的备交换机
SW1(config)# spanning-tree portfast edge default # 所有接入端口配置为边缘端口，跳过30秒收敛时间
SW1(config)# spanning-tree portfast edge bpduguard default # 所有接入端口配置BPDU保护
SW1(config-if)# spanning-tree portfast edge trunk # 进入接口配置边缘端口
SW1(config-if)# spanning-tree bpduguard enable # 接口实施BPDU保护，接口可以不是边缘端口SW2
cisco
SW2(config)# spanning-tree mode pvst # 真机默认就是这个，模拟器不是，需要改
SW2(config)# spanning-tree vlan 5,6,7 priority 0 # 使sw2成为vlan 5,6,7的主交换机
SW2(config)# spanning-tree vlan 2,3,4 priority 4096 # 使sw2成为vlan 2,3,4的备交换机
SW2(config)# spanning-tree portfast edge default
SW2(config)# spanning-tree portfast edge bpduguard default
SW2(config-if)# spanning-tree portfast edge trunk
SW2(config-if)# spanning-tree bpduguard enable
SW(config)# show spanning-tree summary totals # 查看边缘端口信息华为
SW1
cisco
[SW1] stp mode stp # 华为默认是mstp，所有交换机都改成stp
[SW1] stp priority 0 # SW1成为主交换机。配置交换机的STP优先级（默认32768），接口下用此命令是配置接口优先级（默认128）
[SW1] stp edge-port default # 所有端口配置为边缘端口，跳过30秒收敛时间
[SW1-g0/0/1] stp edged-port disable # 某个端口（如trunk端口）取消边缘端口配置
[SW1-g0/0/1] shutdown
[SW1-g0/0/1] undo shutdown # 重启此接口，使取消边缘端口的行为生效
[SW1] stp bpdu-protection # 所有边缘端口配置BPDU保护（刚才取消配置的端口已排除在外）
[SW1-g0/0/1] stp edged-port enable # 某个端口配置为边缘端口，仅该接口有效企业交换机没有接口下的BPDU保护，只有全局BPDU保护SW2
cisco
[SW2] stp mode stp # 华为默认是mstp，所有交换机都改成stp
[SW2] stp priority 4096 # SW2成为备交换机。这个优先级只能以4096的倍数去加
[SW2] stp edge-port default
[SW2-g0/0/1] stp edged-port disable
[SW2-g0/0/1] shutdown
[SW2-g0/0/1] undo shutdown
[SW2] stp bpdu-protection
[SW2-g0/0/1] stp edged-port enable
[SW] display stp interface g0/0/1 # 查看边缘端口信息VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由冗余协议）
- 3层协议
- IP协议号112
- 报文advertisement
- 组播IP地址224.0.0.18
- 组播MAC地址0100-5e00-0012
- vrrp的3种状态
- init
- master
- backup
思科
SW2
cisco
SW2(config)# int vlan 8
SW2(config-if)# vrrp 8 ip 10.1.10.14 SW1
cisco
SW1(config)# int vlan 8 # 进入vlan8配置vrrp
SW1(config-if)# vrrp 8 ip 10.1.10.14 # 配置vrrp及虚拟ip地址
SW1(config)# show vrrp brief # 查看vrrp信息
SW1(config-if)# vrrp 8 priority 110 # 可以更改设备优先级，默认100
SW(config)# show vrrp brief 华为
SW2
cisco
[SW2] int vlan 8
[SW2-vlanif8] vrrp vrid 8 virtual-ip 10.1.10.14 SW1
cisco
[SW1] int vlan 8 # 进入vlan8配置vrrp
[SW1-vlanif8] vrrp vrid 8 virtual-ip 10.1.10.14 # 配置vrrp及虚拟ip地址
[SW1-vlanif8] display vrrp brief # 查看vrrp信息
[SW1-vlanif8] vrrp vrid 8 priority 110 # 可以更改设备优先级，默认100
[SW] display vrrp brief