生成树协议（STP)与MSTP

Posted 2021-10-19 古月流

STP概述

交换网络环路的产生:

广播风暴的形成

多帧复制

MAC地址紊乱

广播风暴：三个交换机两两相连，互相广播，无限转发，产生广播风暴。

多帧复制：PC1发送的数据可以从SW1经过SW3再到SW2传达给PC2,也可以从SW1到SW2再到PC2，导致PC2收到两次数据帧。

MAC地址紊乱：产生环路后，PC1发送数据SW1向SW3进行广播使得SW3F0/1记录下PC1的MAC地址，SW1传到SW2，SW2再向SW3进行广播，导致SW3F0/2又记录了PC1的MAC地址，来回重复绑定MAC地址。

STP简介

STP - Spanning Tree Protocol（生成树协议）

1.逻辑上断开环路，防止广播风暴的产生

2.当线路故障时，阻塞接口被激活，恢复通信，起到备份作用

如图，将SW1当成树根，数据从SW1向上传输，比如我们在SW2与SW3之间进行逻辑阻塞，SW3不会广播SW2再广播到SW1，SW1不会广播到SW2再广播SW3，防止了广播风暴的产生。

如果SW1与SW2之间的线路出现故障，会激活SW2与SW3之间的逻辑阻塞，使得SW1的数据可以经过SW3再传输至SW2，恢复通信，起到备份作用。

如果是物理上进行阻塞，将线路断开或端口阻塞，当其他线路出现故障时就无法通信了。

生成树算法

生成树算法分为三个步骤

1.选择根网桥（交换机）

2.选择根端口

3.选择指定端口

排除根端口和指定端口，剩下的就是阻塞端口

1.选择根网桥

 

     如图，网桥ID由网桥优先级和网桥MAC地址组成，网桥MAC地址就是交换机MAC地址

为什么网桥ID是唯一的，因为MAC地址是全球唯一的。

      首先，先去对比网桥优先级，优先级的值越小，越优先。

      优先级取值范围：0~65535

      缺省值（默认值）：32768

如果优先级一致，就去看网桥MAC地址，值越小，越优先。

2.选择根端口

1.到根网桥最低的路径成本

2.直连网桥ID最小

3.端口ID最小

根路径成本=网桥到根网桥的路径上所有链路的成本之和

带宽与路径成本之间的关系：

带宽越低，成本越高，带宽越大，成本越低

根网桥上的端口都不是根端口，而是指定端口

在每个网段上都要选择一个指定端口

3.选择指定端口

非根网桥的指定端口，选择顺序：

1.根路径成本较低

2.所在的交换机的网桥ID值较小

3.端口ID的值较小

     如图，SW1为根网桥，那么SW1上的两个端口F0/23、F0/24都是指定端口，SW2 F0/24与SW3  F0/23到达根网桥路径成本相同，所以两个都是根端口，SW2  与 SW３直接通过选择因路径成本相同，比较网桥IDSW２小，所以SW２　Ｆ０／２３接口为指定端口，SW３　F０／２４为阻塞段口。

选择顺序：

1.根路径成本较低

2.所在的交换机的网桥ID值较小

3.端口ID的值较小。那么SW1与SW3之间的指定端口为SW3.2，SW1.2就是阻塞端口。

BPDU（桥协议数据单元）

Bridge Protocol Data Unit - 桥协议数据单元

使用组播通信

概念：BPDU是个传输载体，用来交换机之间交换网桥ID，根路径成本等信息。

BPDU类型

配置BPDU

拓扑变更通告（TCN）BPDU

BPDU报文字段

根网桥ID , 根路径成本 ，发送网桥ID , 端口ID

STP利用BPDU选择根网桥

当交换机启动时，假定自己是根网桥，在向外发送的BPDU中根网桥ID字段填写自己的网桥ID

交换机刚启动时，每个都认为自己是根网桥，它们会把自己的网桥ID填写在BPDU根网桥字段中，然后互相发送，经过比较网桥ID最小的，为根网桥，这是一个互相确认的过程，最后协商完成进入稳定状态称为：收敛状态。

STP的收敛

交换机端口的STP状态 ： 此图自下往上看

     刚开机时禁用状态，之后进入阻塞状态，只接受BPDU，正常环境下，一般不会同时打开所有交换机，第一台开的过一定时间接收不到BPDU就会进入侦听状态，构建活动拓扑表示这时它不但会接收BPDU还具有转发BPDU的功能，之后就进入学习状态，会构建网桥表，就是MAC地址表，也会进行转发和接收BPDU，之后进入转发状态，会接收转发用户数据，也会进行转发和接收BPDU，如果网络链路发生故障，它会解开相应的阻塞端口，恢复通信。

VLAN与STP关系

IEEE通用生成树（CST）不考虑VLAN

经过STP计算，会有一条链路被断开

MSTP多生成树协议华为命令

可为每个VLAN或者多个VLAN为一组构造一个生成树，实现网络的负载分担（均衡）

 将SW1、 SW2分別做vlan10、 vlan20的根网桥

[SW1]stp mode mstp     将交换机配置成MSTP模式，MSTP兼 容STP/RSTP。

[SW1]stp region-configuration     进入MSTP域视图MSTP配置模式

[ SW1-mst-region] region-name huawe 1    配置MSTP域的域名为huawei1,缺省为交换设备主控板上管理网口的MAC地址。

[ SW1- -mst- -region] revision-level 1   配置MSTP域的MSTP修订级别的1，缺省情况下MSTP域的MSTP修订级别0，需要将各设备的MSTP修订级别修改为一致

配置多生成树实例和VLAN的映射关系，同一vlan的数据只能对应一个实例，而一个实例可以对应多个vlan(instance1vlan2to10)

[ SW1 -mst-region] instance 1 vlan 10       将vlan 10加入实例1中

[ SW1-mst-region] instance 2 vlan 20     将vlan 20加入实例2中

[ SW1 -mst-region] check region-configuration     查看MSTP域配置参数

[ SW1 -mst-region] active region-configuration    激活MSTP域的配置(必须配置)

[ SW1-mst-region]quit        退出配置模式

[SW1]stp instance 1 root primary       配置此交换机实例1的主根桥

[SW1]stp instance 2 root secondary      配置此交换机为实例2的备份根桥

[SW１] stp enable　　　　在交换机上启用MSTP

同样配置SW２

[SW2]stp mode mstp

[SW2]stp region-configuration１

[ SW2 -mst- region] region-name huawei1

[ SW2 -mst- region] revision-level 1

[ SW2-mst-region] instance 1 vlan 10

[ SW2-mst-region]instance 2 vlan 20

[SW2- mst- reg1on] active reg1on- configuration

[ SW2 -mst- region] quit

[SW2]stp instance 1 root secondary      配置sw1交换机为实例1的备份根桥

[SW2]stp instance 2 root primary    配置sw2交换机为实例2的主根桥

[SW２] stp enable　　　　在交换机上启用MSTP

配置SW３

[SW3]stp mode mstp

[SW3]stp region-conf iguration

[ SW3-mst- region] region-name huawei 1

[SW3-mst-region]revision-level 1

[ SW3-mst-region] instance 1 vlan 10

[SW3-mst - region] instance 2 vlan 20

[SW3 -mst- region]active region-configuration

[SW3] stp enable　　　　在交换机上启用MSTP

[SW3]dis stp brief　　　　查看STP接口角色及状态信息