STP学习

Posted 2022-01-28 丢爸

STP学习

交换网络中会出现冗余链路，冗余链路会给交换网络带来环路风险，并导致广播风暴以及MAC地址表不稳定等问题，进而会影响到用户的通信质量，生成树协议STP(Spanning Tree Protocol)可以提高可靠性的同时避免环路带来的各种问题。

STP选举

• 每个广播域选举一个根桥(选择BID[网桥ID=优先级+MAC地址]小的作为根桥)
• 每个非根交换机选择一个根端口
  • 该非根桥的交换机的端口到根网桥的路径成本最低
  • 端口另一端的设备的网桥ID(BID)最小
  • 选择端口标识小的(端口优先级0-240(默认128)+端口号(Ethernet 0/0/0)
• 每个段选择一个指定端口(Designated Port),根网桥上全是DP，对面就是RP
  • 该端口所在交换机到根桥路径成本最低
  • 所在交换机网桥ID(BID)最小

路径代价

10 Gbps-----2
1 Gbps-----4
100Mbps-----19
10 Mbps------100

注

根端口(RP)作用：当有下游交换机发送流量和控制消息时，它向根桥方向发送
指定端口(DP)作用：从根桥发送数据(BPDU)，由指定端口转发

BPDU

• 配置BPDU
• TCN BPDU

配置BPDU

包含了桥ID、路径开销、和端口ID等参数，STP协议通过交换机之间传递配置BPDU来选择根交换机，以及确定每个交换机端口的角色和状态，在初使化过程中，每个桥都主动发送配置BPDU，在网络拓扑稳定以后，只有根桥主动发送配置BPDU，其他交换机在收到上游传来的配置BPDU后，才会发送自己的配置BPDU。
配置BPDU中包含了足够多的信息来保证设备完成生成树计算，其中包含的重要信息如下

• 根桥ID：由根桥的优先级和MAC地址组成，每个STP网络中有且仅有一个根
• 根路径开销：到根桥的最短路径开销
• 指定桥ID：由指定桥的优先级和MAC地址组成
• 指定端口ID：由指定端口的优先级和端口号组成
• Message Age：配置BPDU在网络中传播的生存期
  • 如果配置BPDU是根桥发出的，则Message Age为0.否则，Message Age是从根桥发送至当前桥接收BPDU的总时间，包含传输延时等。实际实现中，配置BPDU报文每经过一个交换机，Message Age加1
• Max Age：配置BPDU在网络中传播的最大生存期
  • 指BPDU报文的老化时间（默认20S），可在根桥上通过命令人为改动这个值。Max Age通过配置BPDU报文的传递，可以保证Max Age在整网中一致。非根桥设备收到配置BPDU报文后，会将报文中的Message Age和Max Age进行比较，如果Message Age 小于Max Age，则该非根桥设备会继续转发配置BPDU报文，如果Message Age 大于Max Age，则该配置BPDU报文将被老化掉，该非根桥设备将直接丢弃该配置BPDU，并认为是网络直径过大，导致根桥连接失败。
• Hello Time：配置BPDU发送的周期
  • Hello Time是指运行STP协议的设备发送配置BPDU的时间间隔(默认2S)，用于检测链路是否存在故障。交换机每隔Hello Time时间会向周围的交换机发送配置BPDU报文，以确认链路是否存在故障。当网络拓扑稳定后，该值只有在根桥上修改才有效。
• Forward Delay：端口状态迁移的延时

TCN BPDU

指下游交换机感知到拓扑发生变化时向上游发送的拓扑变化通知

端口状态变化

端口状态	作用	说明
Forwarding	端口既转发用户流量也转发BPDU报文	只有根端口和指定端口进入Forwarding状态
Learning	设备会根据收到的用户流量构建MAC地址表，但不转发用户流量	过渡状态，增加Larning状态防止临时环路
Listening	确定端口角色，将选出根桥、根端口和指定端口	过渡状态
Blocking	端口仅仅接收并处理BPDU，不转发用户流量	阻塞端口的最终状态
Disabled	端口不转发BPDU报文，也不转发用户流量	端口状态为Down

STP实验

#路径开销标准
[Huawei]stp pathcost-standard ?
  dot1d-1998  IEEE 802.1D-1998
  dot1t       IEEE 802.1T
  legacy      Legacy
# LSW4-MAC
<Huawei>display bridge mac-address
System bridge MAC address: 4c1f-cc19-69ee
<Huawei>display stp brief
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    GigabitEthernet0/0/1        DESI  FORWARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/2        ROOT  FORWARDING      NONE
# LSW5-MAC
<Huawei>display bridge mac-address
System bridge MAC address: 4c1f-cccf-4c84
<Huawei>display stp brief
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    GigabitEthernet0/0/1        ALTE  DISCARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/3        ROOT  FORWARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/4        DESI  FORWARDING      NONE
# LSW6-MAC
<Huawei>display bridge mac-address
System bridge MAC address: 4c1f-cc19-2751
<Huawei>display stp brief
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    GigabitEthernet0/0/2        DESI  FORWARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/3        DESI  FORWARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/5        DESI  FORWARDING      NONE
#1. 选择根桥(RB)：默认优先级为32768，那么MAC地址小的就是BID小的，LSW6即为根桥
#2. 选择根端口(RP)：默认cost都是相同，即LSW4上面的G0/0/2和LSW5的G0/0/3为根端口
#3. 查找指定端口(DP)：根网桥上的都是指定端口，每个段需要选择一个指定端口，LSW4上的G0/0/1和LSW5上的G0/0/1至根桥的cost是相同的，此时需要判断BID，LSW4交换机的MAC地址小一些，因此LSW4上的G0/0/1设置为DP，LSW5上的G0/0/1设置为AP(Alternate Port)

#修改LSW4的优先级(只能是4096倍数)，修改之后，端口状态信息发生改变，LSW5上的G0/0/1端口状态由DISCARDING变为FORWARDING
<Huawei>system-view
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.
[Huawei]stp priority 4096
[Huawei]
Dec 31 2021 07:30:33-08:00 Huawei DS/4/DATASYNC_CFGCHANGE:OID 1.3.6.1.4.1.2011.5
.25.191.3.1 configurations have been changed. The current change number is 4, th
e change loop count is 0, and the maximum number of records is 4095.
#优先级修改完成后，查看stp的端口状态信息--LSW4
[Huawei]display stp brief
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    GigabitEthernet0/0/1        DESI  FORWARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/2        DESI  FORWARDING      NONE
#优先级修改完成后，查看stp的端口状态信息--LSW5
<Huawei>display stp brief
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    GigabitEthernet0/0/1        ROOT  FORWARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/3        ALTE  DISCARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/4        DESI  FORWARDING      NONE
#优先级修改完成后，查看stp的端口状态信息--LSW6
<Huawei>display stp brief
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    GigabitEthernet0/0/2        ROOT  FORWARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/3        DESI  FORWARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/5        DESI  FORWARDING      NONE

通过WireShark抓包,查看STP内容