Spanning-tree 生成树

Posted 2020-12-17 meili333

STP    802.1D公有化标准 ieee

所有VLAN，共用一棵树（基于设备）

 

一、什么是STP
二、为什么要有STP，没有行不行？

三、标准有哪些？

四、角色有哪些？

五、选举机制是什么？

六、都有哪些接口？

七、接口都有什么状态？

 

一 、什么是STP

 Spanning-tree protocol（生成树协议）

 

二、为什么要有STP，没有行不行？

 没有，也是可以的，但是一个健全，稳定的网络，肯定是存在冗余备份的，而存在冗余部份就意味着存在环路，交换机的环路会造成广播风暴，极其占用系统负载（链路，CPU）

 

STP的出现，很直接的解决了这一问题，从逻辑上将冗余备份的其中一条链路进行阻塞，又不影响链路的冗余备份。

 

 

三、标准有哪些？

 STP： 802.1D，公有化标准 （所有vlan共用一棵树）

 RSTP:  802.1w  公有标准 快速生成树  （所有vlan 共用一棵树）

 MSTP:  802.1s  公有化协议  基于实例生成树  

 

 PVST/PVST+ cisco私有协议  每vlan一棵树  

 Rapid pvst  快速生成树   每vlan一棵树

 Mstp   cisco 私有   后来为了协议标准统一，被和谐了

 

 

某种意义来讲，802.1s 和802.1w 属于802.1D协议簇

 

 

四、STP 的角色有哪些？

 根桥（根交换机）

 备份根桥（备份根交换机）

 非根桥

 

 根端口     root port (RP)

 指定端口   desg port (DP)

 阻塞端口/非指定端口  alth BLK (BDP)

 

五、选举机制是什么？

通过BPDU 桥协议数据单元

交换机加电，就会发送BPDU,进行下一步的选举，非根桥是转发根桥BPDU

包含，所有选举用的信息，STP mode,  STP 版本

还有一个是HELLO时间，2S/一次 ，老化时间是20S

转发延迟时间，forward delay  从最开始的BLK---LSN---LRN---FWD 这整个过程叫转发延迟时间

 

分为两个部份：

1） 根桥的选举

2） 端口的选举 

 

1）根桥的选举：

  根据桥ID进行选举，而桥ID分为两个部份，优先级和MAC地址

 @优先级，priority （4096的倍数）默认为32768  （越小越优）

如果要进行修改的话必须为4096的倍数修改，随意输入数字是不可以的

 

  @如果优先级相同的话，比较MAC地址，（越小越优）但这里会存在一个问题

因为MAC地址是全球唯一的，不存在重复，而生产厂家生产设备的时候所有的MAC地址也是从小到大进行排列的，越早生产的设备MAC越小，会导致一个现象，一个老的设备成了根桥，负责核心的任务，这样可行吗？

 

答案是肯定的，都快退休了，还委以重任？

所以选择根桥的时候，通常情况下是需要人为的干预的，就是直接修改优先级的数值，0为最大 

有了根桥，就一定会有次优的次根桥，如果根桥的优先级为0的话，通常情况下把备份根设置为4096。

 

2）根端口选举

先要记住一个定律，根端口存在非根设备上，有且只有一个，

什么意思？ 就是在非根交换机上，只能一个接口是根端口，其它的另说

选举根端口共有4点/或者说是4步，相同的情况下进行下一项，肯定能够比较出来

 

1@，RPC（到达根设备的路径开销cost【通俗的讲可以理解为跳数】）

同样和链路的带宽有关系

 10G=2

1G=4

100M=19

10M=100

       图1                                                                               图2

 

如图1所示,如果SW7 为根桥,好么,SW8和SW9两台设备上,谁是根端口呢?

根据cost算法,sw8到根的开销=2, 那么E0/0口为根端口中

注意SW9的e0/0和e0/1,

 E0/0 cost = 100

 E0/1 cost = 2 那么一比较就出来了,sw9的E0/1口为根端口

(当然,现实中是不可能两个接口相差这么大的,这只是举一个例子,方便理解)

 

如图2所示，所有链路的开销一样，SW3 被选为ROOT,那么SW4的根端口中是哪一样？SW4的BLK又是哪一个呢？

计算COST，一定要记住，是从ROOT根桥的BPDU发出方向进行累加的，越小越优，

SW4 E0/0 - ROOT的COST 为100

SW4 e0/1- ROOT的COST为100（sw4-sw6）+100(sw6-sw5)+100(sw5-sw3)=300的COST

所以会被BLK

 

2@桥ID,（上游设备的桥ID）

如果COST相同,那么就比较上游设备的桥ID(MAC和优先级)

 

在不设置优先极的情况下，sw7的mac一定小于sw8的mac，也就是更优

所以sw9的根端口为e0/0

 

3@端口ID（上游设备端口号）

 端口ID在stp协议中显示为128.x，从小到大进行排列

如图

 

 

 可以看到 e0/0    128.1

         E0/1    128.2

         E0/2    128.3

以此类推，就可以知道所连接上游设备的端口号，同样，谁小谁优

 

4@ 接口号

当前面三个条件都相同的时候，就要比较最后一项，本地接口号（物理接口号）

谁小谁优

 

如图，sw1 为root

 

 

 

 Sw4 在选择根端口的时候会比较

1 开销，机同，比下一项

2 桥ID,一个是2 一个是3 ，那肯定将e0/0设置为root port了

是不是呢？见图

 

 

Sw5在选择根端口的时候，进行比较

1 开销，相同

2 桥ID，也相同，只有SW4一个设备

3 端口ID

 

 

 如拓扑图中所示，sw4的e0/2连接着sw5的e0/0,  

                      E0/3连接着sw5的e0/1

此时对比上游设备的端口ID,看上图就可以看出来，

Sw4的e0/2 =128.3

Sw4的 e0/3=128.4

所以sw5上要将和sw4的e0/2口相连的e0/0 设置为RP(根端口)

 

Sw6在选择时，同样进行比较

比较cost,相同

比较桥id相同，都只有sw5

比较端口ID,只连接了一个SW5的e0/2口，比不出来

最后要比较sw6本地的接口号，谁小谁优，那么此时e0/0 要段于e0/1 ,

那么e0/0 成为root port

 

 

  

DP,指定端口

 通常情况下，在根桥上的所有接口都是指定端口

那么在非根上怎么选举DP呢？

同样也是有选举依据的

1）到达根桥的接口开销最低的，途径交换机的根端口开销的累加【绕过交换机的反方向】

   一条链路上的两个端口到达根的开销是一样的，因为累加的是根端口中的开销

2）如果开销相同，那么对比两个接口所在交换机的桥ID【优先级和MAC】

3）如果优先级再相同，那么比较发送者的PID

 

 

SW8的E0/1，反方向绕过交换机到达根的开销为100

SW10的e/0, 反方向绕过交换机到达根的开销为300，

两者相比较，小的优，那么SW8的e0/1为DP

 

通过这种算法，也就得知了sw9----sw11 相连的链路中 sw9 的e0/1为DP

如图

 

那么问题来了，

SW10 和SW11 相连的链路上谁是DP?

两者到达根的开销是一样的（反方向计算，都是200）

这时就要比较第二个选项，比较两个接口所在交换机的桥ID

此时咱们没有配置优先级，只比MAC的情况下，SW10更优，所以SW10的e0/1为DP

 

 

 

BLK端口（阻塞端口）

在非根交换机上，除了根端口和指定端口，剩下的就是非指定端口了

 

上一个拓扑中生动的讲述了STP 在实验应用中的一个选举过程，

STP是在交换机上是默认开启的，但是（傻瓜交换机是没有这个功能的）

 一般情况下，我们用的是pvst/pvst+ /MSTP 

针对vlan 生成树，或才是针对实例生成树，对vlan,做流量分摊

 

 

七、STP 的接口状态

 

      20s           15s           15s

阻塞------------> 侦听------------> 学习---------------->转发

Blk        listening       learning         forwarding

 

从阻塞到转发，一共需要50S的时间，这一时间，现实中表现为交换机的黄灯变为绿灯，

也就是常说的收敛完成

 

 

所有的交换机在初始的时候，都认为自己是root,会发送给全网一个BPDU信息，我是大哥，从而进行STP的侦听--学习，从而决定自己的角色还有接口的状态。

BPDU的时间间隔为2S一次

 

 

-------------------------------------------------------------

CCIE成长之路  ----- 梅利