STP——生成树协议

Posted 2022-04-09

STP——生成树协议

STP--spanning tree protocol--生成树协议，是IEEE定义的一个802.1d标准，用于解决交换机中得人一系列环路问题。

为什么要使用STP？
在大型的网络当中，为了避免单点故障和实现网络的高可用性以及负载均衡，通常会在两台交换机之间以网线相连，形成冗余的链路环境。但是冗余的链路环境为形成环路，会对整个网络中的资源消耗和设备损耗造成很大的负担。所以提出了STP来解决这一系列问题。

冗余的链路会引发什么问题？
①会形成广播风暴（环路）
②帧的多个副本
③造成MAC地址表的不稳定

交换机之间一开始互相发送BPDU，类似于OSPF的hello包
BPDU：网桥协议数据单元 每隔2s发送一次。
几个参数：
①桥ID：优先级+背板MAC地址 优先级默认是32768
②自己认为到到达根桥的开销
③自己认为根桥的ID
生成树的开销：是通过链路速度来衡量
10G=2 1G=4 100M=19 10M=100

背板MAC地址：每台设备唯一，出厂前就记录在设备上。
Switch#show version ——可以用来查看背板MAC地址

几个重要角色和端口

根桥：二层网络的一个核心，网络中的阻塞端口是以根桥为核心来进行选举的。（是在交换机之间进行选举的）
注意：是通过选举得到，在网络一开始的时候，所有的交换机都认为自己是根桥，都会向网路中发送BPDU，并且都会接收到对方发送的BPDU。此时，双方就会进行相应参数的对比，选择出网络中的根桥。
（一旦网络中选举出新的根桥，那么整个网络中就只有根桥会发送BPDU，其他交换机只能转发来自根桥的BPDU）
选举规则：
①首先比较优先级大小，优先级小的成为根桥。
②如果优先级一致，就比较背板MAC地址的大小，同样是越小越好

指定端口：在网络中的每条链路上都需要选举出一个指定端口。指定端口到达根桥的开销一定是最小，指定端口对应的桥ID一定最小。（注意：根桥上的所有端口都是指定端口）
作用：用于发送BPDU和转发来自根桥的BPDU
选举规则：
①到达根桥的开销最小
②桥ID越小越优
③端口ID，同样是越小越好

端口ID：端口优先级+端口号（默认的端口优先级是128）
e0/0 128.5
e0/1 128.6
f0/0 128.3
f0/1 128.4
g0/0 128.1
g0/1 128.2

根端口：一台交换机上只有一个根端口，根端口到达根桥的开销 一定是最小的。所以根端口到达根桥的路径一定是最优路径。
作用：接收来自根桥的BPDU
选举规则：
①到达根桥的开销最小
②桥ID越小越优
③端口ID，同样是越小越好

阻塞端口：逻辑的阻塞一个端口，该端口并不是真正的关闭，一旦最优路径出现故障后，阻塞端口就会自动开启。

Switch#show spanning-tree——查看STP生成树

生成树的端口状态：
①阻塞状态：处于阻塞状态的端口，不会转发来自根桥的BPDU，但是会接收BPDU，以此来避免环路。
最大老化时间：20s，网络中的BPDU每隔两秒发送一次，同样的阻塞端口也是每隔2秒接受一次BPDU，如果阻塞端口在20s内没有接收到BPDU的话，那么就会跳出阻塞状态，进入侦听状态。

②侦听状态：处于侦听状态的接口，会侦听网络中的BPDU，并且进行MAC地址的学习。
最大转发延迟时间：15s，15s内没有接收到来自对方的BPDU，就会跳出侦听状态，进入学习状态。

③学习状态：处于学习状态的接口，会进行MAC地址的学习，并且准备转发数据帧。
最大转发延迟时间：15s，15s内没有接收到来自对方的BPDU，就会跳出学习状态，进入转发状态。

④转发状态：已经进行了MAC地址的学习，并且开始转发数据。

注意：端口从阻塞状态到达正常转发数据的学习状态需要多久---30-50s
①如果出现问题端口是在本台设备上：30s
②如果出现问题端口不再本台设备上：50s

Portfast--快速端口
在网络中，交换机和PC等终端设备相连的接口，由于不需要进行冗余备份处理，所以不会产生环路问题，因此一般情况下，取消交换机之间端口切换的50s时间，此时就可以通过配置快速端口来实现。
注意：快速端口只能使用在交换和pc等终端设备的接口上，并且快速端口默认情况下只能配置在access口，不能配置在trunk口。
①将某一个接口配置成快速端口

Switch(config)#int f0/4--
Switch(config-if)#spanning-tree portfast 

②同时将多个接口配置成快速的端口

Switch(config)#in range f0/1-3
Switch(config-if-range)#spanning-tree portfast

③将交换机上的所有接口都配置成快速端口

Switch(config)#spanning-tree portfast default 

④在某些特殊情况下，需要将trunk配置成快速端口

Switch(config-if)#spanning-tree portfast trunk 

PVST--per-VLAN spanning tree
在网络中，可以针对某一个特定的vlan，设置一个特定根桥
①通过更改优先级来选举成为根桥，如果网络中加入优先级更高级别发，会被抢夺根桥地位。

Switch(config)#spanning-tree vlan 10 priority  28672

②直接指定

Switch(config)#spanning-tree vlan 10 root primary --

使得vlan成为绝对根桥，不会随着网络拓扑的变化而发生改变

Switch(config)#spanning-tree vlan 10 root secondary --成为绝对的备份根桥

快速生成树：
传统的生成树虽然能够解决冗余链路所带来的的环路问题，但是传统生成树的作用是基于4个状态和时间的，这样所需要的时间比较久。但是快速生成树完全避免了这一个问题。
端口角色：指定端口、根端口、替换端口
端口作用：发送、接收、丢弃