生成树协议（STP）

Posted 2020-08-10

在企业的网络设计中，一般都会设计具有冗余的拓补结构。因为单一的链路会导致单点故障，提高故障发生的概率。越是大型的网络，对冗余性要求越高。但是，当网络具有冗余性之后，就会产生一些问题，比如：
1.广播风暴

当广播帧经过交换机时，交换机就会以指数的形式生成广播帧（交换机从除收到该广播帧之外的所有端口转发广播帧）。这种广播帧会越来越多，最后形成广播风暴，导致网络瘫痪。
这种广播风暴只有在物理环路消失时才可能停止。
2.多帧复制

指单播的数据帧被多次复制传送到接受端，很多协议都只需要每次传输一个副本。多帧复制会造成接收端收到数据帧的多个副本，不仅浪费接收端的主机资源，而且会导致上层协议在处理这些数据帧时无法选择，严重时还可能导致不可恢复的错误。
3.MAC地址表紊乱

会导致交换机通过两个接口学到相同的MAC地址，从而导致MAC地址表紊乱，影响数据包的转发。
虽然冗余链路会存在一些问题，但是环形的物理线路能够为网络提供备份线路，增强网络的可靠性，这在网络设计中是必要的。因此，就需要一种解决方法，一方面能够保证网络的可靠性，另一方面还要解决因为冗余链路所带来的一系列问题。
STP就是用来解决这个问题的。STP并不是断掉物理环路，而是在逻辑上断开环路，防止冗余链路的一些问题的发生。
STP（生成树协议）就是把一个环形的结构改变成一个树形的结构。
STP就是用来将物理上存在环路的网络，通过一种算法，在逻辑上阻塞一些端口来生成一个逻辑上的树形结构。


对于三台交换机构成环路的网络，在使用STP后，交换机SW2与SW3连接在链路上的一个端口被逻辑上阻塞，也就是这条线路不能传输数据了，当正常通信的线路发生故障时，被逻辑阻塞的线路将重新被激活，使得数据能从这条线上正常传输数据。
STP运行STA（生成树算法）的过程很复杂。大致分为三个步骤：
1.选择根网桥（交换机）

依据：
1.网桥是唯一的；
2.选择交换网络中网桥ID最小的交换机作为根网桥。

2.选择根端口
离根网桥最近的端口（在一个非根网桥上有且只有一个根端口）
选择根端口的依据：
1.到根网桥最低的路径成本；
2.直连的网桥ID最小；
3.直连的端口ID最小。

网桥到根网桥的路径上所有链路的成本之和

带宽与路径成本的关系

3.选择指定端口
为了消除环路形成的可能，STP进行最后的计算，在每一个网段上选择一个指定端口，选择指定端口的依据：
1.根路径成本较低；
2.所在交换机的网桥ID指较小；
3.端口ID值较小。

和选择根端口不同，在比较端口ID时，比较的是自身的端口ID值。
接下来我们简单的来看一下怎么查看生成树的状态


根网桥的两个端口都是指定端口，而非根端口！
交换机之间通过BPDU（桥协议数据单元）来交换网桥ID、根路径成本等信息。
BPDU包中包括：
1.根网桥ID；
2.根路径成本；
3.发送网桥ID；
4.端口ID；
5.及时器；
根网桥的选择是一个持续的、反复进行的过程，每2s触发一次，检查BPDU的根网桥ID是否发生了变化，网络中是否有网桥ID值更低的交换机加进来。
STP在交换机中自动运行，在交换机开机的时候可以看到，交换机的指示灯为×××的，并且大约30s的时间不能转发数据，这是交换机在做STP计算。
生成树的端口状态

（仅供参考）
生成树计时器
1.HEIIO时间：IEEE802.1d规定的默认时间为2s；
2.转发和延迟：默认值各为15s；
3.最大老化时间：默认值为20s。
典型的端口过渡：
1.从阻塞到侦听20s；
2.从侦听到学习15s；
3.从学习到转发15s。

（STP计时器的时间可以使用命令进行调整，一般情况不建议修改）
STP与VLAN的关系：
IEEE的CST：不考虑vlan，所有vlan公用一个生成树；
Cisco的PVST：每一个vlan都有一个生成树根；
Cisco的PVST+：增强每个vlan生成树；
IEEE的MST：多生成树。
接下来我们根据一个简单的小拓补实验，来讲解一下如何配置生成树：
1.Cisco的设备默认已经启用了生成树，（启用生成树的命令）

2.指定根网桥

3.如果在现实环境中，交换机某个接口连接的服务器，我们不可能让它30s之后在进行工作，可以配置速端口，命令

生成树的命令差不多就这些，以后如果用到别的会时时更新的！
愿我们共同学习，共同进步！