第六章：网络系统建设与运维（高级）—— STP生成树协议

BPDU：桥协议数据单元，分配置 BPDU（传递拓扑信息）和 TCN BPDU（拓扑变更通知）。
桥 ID（BID）：16 位优先级（4096 的倍数，0-61440）+ 48 位 MAC 地址，用于选举根桥（BID 最小者）。
根路径开销（RPC）：端口到根桥的累计路径开销，默认按 IEEE 802.1t 标准计算。
端口 ID：4 位端口优先级（默认 128，0-240 步长 16）+ 12 位端口号。
定时器：Hello Time（2s，发送 BPDU 间隔）、Forward Delay（15s，端口状态迁移延时）、Max Age（20s，BPDU 最大老化时间）。

端口角色

根端口（Root Port）：非根桥中离根桥最近的端口（转发状态）。
指定端口（Designated Port）：网段中转发数据到根桥的端口（转发状态）。
预备端口（Alternate Port）：非根、非指定端口（阻塞状态）。
Disable 端口：未启用 STP 的端口。

端口状态

状态	功能描述
Disable	不转发、不参与 STP 计算
Blocking	不转发、不学习 MAC、接收 BPDU、不发送 BPDU
Listening	不转发、不学习 MAC、接收 + 发送 BPDU、参与 STP 计算
Learning	不转发、学习 MAC、接收 + 发送 BPDU、参与 STP 计算
Forwarding	转发数据、学习 MAC、接收 + 发送 BPDU、参与 STP 计算

拓扑计算步骤

选举根桥（BID 最小）。
非根桥选举根端口（RPC 最小→对端 BID 最小→对端端口 ID 最小→本端端口 ID 最小）。
每个网段选举指定端口（RPC 最小→本端 BID 最小→本端端口 ID 最小）。
阻塞预备端口。

拓扑变更机制

故障触发：根桥故障 / 链路故障，非根桥等待 BPDU 老化后重新选举。
通知流程：下游交换机发送 TCN BPDU→上游回复 TCA 确认→根桥发送 TC BPDU→全网加速 MAC 地址表老化（15s）。

不足

收敛慢（初始化 / 故障恢复需 30-50s）。
端口状态与角色划分不清晰。
拓扑变更机制复杂，效率低。
所有 VLAN 共享一棵生成树，带宽浪费。

三、RSTP（快速生成树协议）------ IEEE 802.1w

核心优化

基于 STP 改进，实现秒级收敛，兼容 STP。

关键更新

1. 端口角色扩展

新增备份端口（Backup Port）：指定端口的备份（同网段）。
预备端口（Alternate Port）：根端口的备份（不同网段）。

2. 端口状态简化

STP 状态	RSTP 状态	功能描述
Disable	Discarding	不转发、不学习 MAC
Blocking	Discarding	同上
Listening	Discarding	同上
Learning	Learning	不转发、学习 MAC、参与 STP 计算
Forwarding	Forwarding	转发数据、学习 MAC、参与 STP 计算

3. BPDU 优化

仅保留配置 BPDU（RST BPDU），取消 TCN/TCA，用 Flag 位标识拓扑变更（TC 位）。
非根桥主动发送 BPDU（无需等待根桥），超时时间为 3 个 Hello Time（6s）。

快速收敛机制

根端口快速切换：旧根端口失效后，最优 Alternate 端口直接转为根端口（Forwarding 状态）。
P/A（Proposal/Agreement）机制：点对点全双工链路中，指定端口通过 "提议 - 确认" 协商，无需等待 Forward Delay，直接进入 Forwarding。
边缘端口：连接终端的端口，直接进入 Forwarding，不触发拓扑变更（收到 BPDU 后转为普通端口）。
次等 BPDU 立即回应：阻塞端口收到次优 BPDU 时，直接发送本地最优 BPDU，加速收敛。

保护机制

保护类型	作用
BPDU 保护	边缘端口收到 BPDU 后立即关闭，防止恶意攻击导致网络震荡（可配置自动恢复）。
根保护	指定端口收到更优 BPDU 时，进入 Discarding 状态，避免根桥被替换。
TC-BPDU 泛洪保护	限制单位时间内 TC-BPDU 处理次数，避免 MAC 地址表频繁删除。
环路保护	根端口 / Alternate 端口收不到 BPDU 时，进入 Discarding 状态，防止环路产生。

基础配置命令

plaintext

复制代码

stp enable                  // 启用STP/RSTP
stp mode rstp               // 切换为RSTP模式
stp root primary            // 配置为根桥（优先级0）
stp edged-port enable       // 配置边缘端口
stp bpdu-protection         // 启用BPDU保护
stp root-protection         // 启用根保护
stp loop-protection         // 启用环路保护

四、MSTP（多生成树协议）------ IEEE 802.1s

核心功能

兼容 STP/RSTP，支持多棵生成树实例（MSTI），实现 VLAN 流量负载均衡。

关键术语

MST 域：相邻交换机组成的区域，共享相同的 VLAN-MSTI 映射、区域名称、修订级别。
MSTI（多生成树实例）：每个实例对应 1 个或多个 VLAN（1 个 VLAN 仅对应 1 个 MSTI），实例 0 为 IST（内部生成树）。
CIST（公共内部生成树）：跨 MST 域的统一生成树，由 IST（域内）和 CST（域间）组成。
Master 端口：MST 域中连接总根的端口（CIST 上为根端口）。
域边缘端口：连接其他 MST 域或 STP/RSTP 设备的端口。

报文特点

在 RST BPDU 基础上新增 MST 专有字段（MST 配置标识、MSTI 配置信息等）。
域内传递 MSTI 拓扑信息，域间按 CIST 规则交互。

拓扑计算

计算 CIST：跨域统一生成树，确定总根和域间路径。
计算 IST：域内实例 0 的生成树，确定域根和域内路径。
计算 MSTI：每个实例独立计算生成树，实现 VLAN 流量分担。

核心优势

解决单生成树的带宽浪费问题（不同 VLAN 可走不同冗余链路）。
避免部分 VLAN 路径不通、次优路径等问题。
继承 RSTP 快速收敛特性。

五、补充知识点

1. 协议选择场景

小型网络（无复杂 VLAN 规划）：STP（简单稳定）。
中小型网络（需快速收敛）：RSTP（兼顾性能和配置复杂度）。
大型网络（多 VLAN、需负载均衡）：MSTP（主流选择）。

2. 关键配置注意事项

MST 域配置：同一域内的交换机必须保证 "区域名称、修订级别、VLAN-MSTI 映射" 完全一致。
定时器配置：不建议单独修改 Hello Time/Forward Delay/Max Age，推荐用stp bridge-diameter配置网络直径（自动优化定时器）。
边缘端口配置：仅用于连接终端（PC、服务器），避免连接交换机（可能导致环路）。

3. 常见故障排查

根桥选举异常：检查交换机优先级配置，确保核心交换机优先级最低。
收敛慢：确认链路类型为点对点全双工（RSTP P/A 机制依赖），边缘端口配置正确。
环路产生：检查 STP 保护机制是否启用，排除 BPDU 丢失（链路拥塞、单向链路）问题。

4. 术语对应表

协议	核心改进点	标准号
STP	基础环路消除	IEEE 802.1D
RSTP	快速收敛、端口角色 / 状态优化	IEEE 802.1w
MSTP	多实例、VLAN 负载均衡	IEEE 802.1s