STP基础理论
为什么需要生成树协议
1、防止广播风暴：广播帧在环路中无限循环，耗尽带宽
2、防止MAC地址表震荡：交换机不断更新MAC地址与端口的映射关系，导致转发混乱
3、防止重复数据帧：同一数据帧经不同的路由到达目标，造成数据错误
总结：解决二层交换网络中冗余链路导致的物理环路的问题，避免广播风暴、MAC地址表震荡和数据帧重复发送，保障网络基础稳定
STP协议应用场景
1、交换机之间的互联（如接入层与汇聚层、汇聚层与核心层交换机的冗余连接）
2、任何可能形成物理环路的二层网络拓扑（如环形组网、多路径连接）
STP协议是什么
1、STP生成树协议
2、STP工作在数据链路层：STP协议就是IEEE802.1D标准
STP的作用
1、构建物理有环，逻辑无环的网络，既能实现链路备份，又能破除二层环路，防止广播风暴的发生
2、STP通过阻塞某个接口在逻辑上断开环路，防止广播风暴
端口状态行为：
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状态 |
转发BPDU |
转发用户流量 |
MAC地址学习 |
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Blocking（阻塞） |
只接收BPDU报文 |
不转发用户流量 |
不进行MAC地址学习 |
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Listening(侦听) |
接收和转发BPDU报文 |
不转发用户流量 |
不进行MAC地址学习 |
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Learning（学习） |
接收和转发BPDU报文 |
不转发用户流量 |
可以进行MAC地址学习 |
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Forwarding（转发） |
接收和转发BPDU报文 |
转发用户流量 |
可以进行MAC地址学习 |
STP工作原理
1、选举根交换机
2、在每个非根交换机上选举一个根端口
3、在每条链路上选举一个指定端口
4、阻塞非指定端口
STP选举：
1、根网桥（所有交换机选一个根交换机）
-
首先，比优先级，优先级小者优先
-
其次，比MAC地址，MAC地址小者优先 其中优先级取值范围为0-61140，步长为4096。所以BID优先级始终为0或4096的倍数 默认值为32768 优先级分为两个部分：高优先级（4个bit） + 低优先级（12个bit）
2、根端口（RP）（每个非根交换机选一个根端口）
-
首先，选择根路径开销RPC最低的端口
-
其次，若有多个端口的RPC相等，选择对端桥ID最低的端口
-
最后，若有多个端口的对端桥ID相等，选择对端端口ID最低得到端口
3、指定端口（DP）（每个二层链路选一个指定端口）
-
首先，选择根路径开销RPC最低的端口
-
其次，若有多个端口的RPC相等，选择桥ID（BID）最低的端口
-
最后，若有多个端口的桥ID相等，选择端口ID（PID）最低的端口
BID是什么
-
BID-网桥ID，即：STP协议给交换机分配的名字
-
BID是由优先级与MAC地址组成，BID值越小越优先
-
BID优先级取值范围：0-61440、默认值32768
-
BID优先级步长值：4096，即：配置STP优先级值的时候，只能配置0或者4096的倍数
STP基础命令
[SW1]stp mode stp //工作模式改为STP，华为设备默认开启SMTP
[SW1]stp priority 0 //设置交换机的STP优先级为0
[SW1]display stp //显示交换机的STP详细信息
确定端口角色
1、两种度量值
1、ID：
BID（网桥ID）:设备优先级+MAC地址组成（值越小越优先）
取值范围：0-61440，默认值为32768，步长值4096
修改命令：[SW1]stp priority 0
PID (端口ID)：端口优先级+端口号组成（值越小越优先）
端口优先级的取值范围：0-240，默认值128，步长值16
修改命令：[SW1-gigabitethernet 0/0/0]stp port priority 16
2、路径开销：cost
路径开销可以形容为交换机之间的“距离远近”，开销值越小越优先
交换机的每一个端口都有一个路径开销-cost值
交换机的接口cost值和端口带宽有关系，带宽越高，cost值越小
默认情况下，华为交换机千兆端口的cost值为20000
默认情况下，华为交换机的百兆端口的cost值为200000
3、查看交换机端口的路径开销值
<huawei>display stp —-[Port1(GigabitEthernet0/0/1)][FORWARDING]—- Port Protocol :Enabled Port Role :Root Port
//端口角色：根端口 Port Priority :128 //端口优先级：128
Port Cost(Dot1T ) :Config=auto / Active=20000 //
//端口cost值：20000
2、查看根路径开销值
根路径开销值：等于根交换机到该交换机的所有入方向的cost累加值
根端口选举
根端口定律：
根交换机中没有根端口
非根交换机中有且只有一个根端口
STP端口和STP计时器
1、BPDU报文
1、BPDU：桥协议数据单元
BPDU报文也称为“二层心跳报文”周期性发送，默认每秒发送一次
作用：交换机之间通过周期性发送配置BPDU报文，来实现STP功能
2、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BPDU报文的那个端口的ID
2、STP的5种状态
禁用：强制关闭，没有启动STP协议
阻塞：只接收BPDU报文，不发送BPDU报文
侦听：比较BPDU报文，确定交换机角色和端口角色
学习：基于端口上收到的数据帧，学习MAC地址表
转发：端口最终的状态，能够发送和 接收用户数据
3、STP的3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：侦听—学习：15秒；学习—转发：15秒
最大老化时间：一个端口最大的“没有接受BPDU”的时间间隔：20秒
4、STP的不足：收敛时间慢——网络中断时间长
收敛：网络从不可用状态到可用状态
STP的最大收敛时间30-50秒
1、根交换机故障，STP的收敛时间约50秒
2、直连链路故障：STP的收敛时间约30秒
3、非直连的链路故障：STP的收敛时间约50秒
MSTP
1、STP的不足
STP收敛速度慢：30-50秒，导致网络中断时间过长
2、解决方案：RSTP：快速生成树
1、RSTP简析
快速生成树，公有协议：IEEE802.1w，在STP的基础上优化而来
作用：实现网络的快速收敛，降低网络故障的时间，提高数据转发的效率
2、RSTP对STP的改进
增加了3种端口角色（AP和BP）
增加了边缘端口
AP替代接口（alternate port），是根接口的备份，当根接口故障，AP接口会立即成为根接口
BP备份接口（backup port），是指定接口的备份，当指定接口故障，BP接口会立即成为指定接口
减少了三种端口状态（禁用、阻塞、侦听三种状态合为一种，即Discarding（丢弃））
引入了P/A机制（让指定端口尽快进入转发状态）：
P表示提议；A表示同意；协议一致
RSTP的三种状态
丢弃（discarding）：只接收BPDU报文，不发送数据帧
学习（Learning）:基于端口上收到的数据帧，学习MAC地址表
转发（forwarding）：端口最终的状态，能够发送和接收用户数据
RSTP的不足
1、RSTP和STP有一个共同的缺陷：局域网中所有的VLAN共享一颗生成树
2、所有的VLAN的数据转发路径是相同的、无法实现VLAN数据流的负载分担
MSTP多生成树协议
1、MSTP：多生成树协议，公有协议：IEEE802.1s,在RSTP的基础上优化而来
2、在MSTP网络中，引入了域的概念，称为MST域
3、每一个MST域中包含一个或多个生成树称为“实例”
4、每个“实例生成树（简称实例树）”都可以绑定VLAN，实现VLAN的数据流的负载分担/负载均衡
5、默认情况下，所有的VLAN都属于“实例树0”，即instance 0
6、不同的实例树，就是不同的生成树，每个实例树中都可以选举根交换机
MSTP的工作原理
MSTP的工作过程：
选举根交换机
选举根端口-RP
选举指定端口-DP
确定替代端口-AP
确定端口状态
1、discarding（丢弃）：相当于STP中的禁用、侦听、阻塞，不转发用户数据
2、learning（学习）：和STP中的学习状态相同
3、forwarding（转发）：和STP中的转发状态相同
