交换机生成树STP

生成树协议（spanning-tree-protocol,stp）：在具有物理环路的交换机网络上生成没有回路的逻辑网络的方法，生成树协议使用生成树算法，在一个具有冗余路径的容错网络中计算出一个无环路的路径，使一部分端口处于转发状态，另一部分处于阻塞状态（备份状态），从而生成一个稳定的、无环路的生成树网络拓扑，而且一旦发现当前路径故障，生成树协议能立即激活相应的端口，打开备用链路，重新生成STP网络拓扑，从而保持网络的正常工作
STP作用：防止交换机冗余链路产生的环路，确保以太网中无环路的逻辑拓扑结构，解决环路带来的各种问题

冗余链路产生的环路问题：企业网三层架构——>冗余——>线路冗余——>二层桥接环路

  1. 广播风暴：报文无限传播（顺时针及逆时针方向一直洪泛）破坏了正常的通信流
  2. MAC地址表翻滚：报文的无限传播导致的MAC地址映射的端口一直循坏变动
  3. 同一数据帧的重复拷贝

以上3个条件最终导致设备工作过载，导致重启保护

生成树协议

生成树：在一个二层交换网络中，生成一棵树型结构，逻辑的阻塞部分接口，使得从根到所有的节点仅存在唯一的路径；当最佳路径故障时，自动打开部分阻塞端口，来实现线路备份的作用

生成树在生成过程中，应该尽量的生成一棵星型结构，且最短路径树

存在算法：  802.1D      PVST PVST+(CISCO)      RSTP(802.1w)      MSTP(802.1S)

生成树理解（802.1D为例）

802.1D：一个交换网络内仅存在一棵生成树实例、

桥协议数据单元BPDU

交换机间使用BPDU—桥协议数据单元 – 交换机间沟通互动收发的数据

  1. STP每隔2s会发送一次BPDU报文，非根桥连续三次没有收到BPDU，表示发生故障
  2. BPDU主要进行根桥、端口角色的选举和通知拓扑结构发生变化

BPDU可以分为两大类：配置BPDU和TCN BPDU

配置BPDU：只有根网桥可以发送，在交换网络初始状态时，所有交换机均定义本地为根网桥，进行BPDU的发送，使得网络中所有交换机均收到其他设备的BPDU，之后基于数据中的参数进行比对，选举出根网桥。之后所有非根网桥不再发送BPDU，而是仅接收和转发根网桥的BPDU，周期2s发送，hold time 20s。

TCN—拓扑变更消息（也是BPDU）： 本地交换机链路故障后，STP重新收敛，为了快速刷新全网所有交换机的MAC表，将向本地所有STP接口发送TCN（标记位中的TCN位置1），邻居交换机收到TCN后，先标记为ACK位为回复，用于可靠传输消息；之后将TCN逐级转发到根网桥处，由根网桥回复TC消息来逐级回复到所有交换机；使所有交换机临时将MAC表的老化时间修改为15s（默认的，转发延时）

选举：根网桥    根端口     指定端口   非指定端口（阻塞端口）

根网桥

根网桥：在一棵生成树实例中，有且仅有一台交换机为root

根网桥的选举   先比较优先级，小优；   若优先级相同，比较mac，数值小优

BPDU中的 桥ID来决定

桥ID= 网桥优先级（0-65535公有） 默认32768 +  MAC地址（只有存在svi接口的交换机才拥有mac地址，若存在多个mac选数值最小）

根端口

根端口：在每台非根网桥上，有且仅有一个接口；本地离根网桥最近的接口（最短、星型），接收来自根网桥的BPDU，转发用户的流量（该接口不阻塞）

规则：

  1. 比较从根网桥发出后，通过该接口进入时最小的cost值
  2. 入向cost值相同，比较该接口对端设备的BID，小优
  3. 对端BID也相同，比较该接口对端设备的接口的PID；先优先级小，若优先级一致，编号小
  4. 连对端PID也相同，比较本地PID，小优

PID=端口ID   接口优先级（0-240，步长16，默认128）      接口编号

指定端口

指定端口：在每一段存在STP的物理链路上，有且仅有一个；转发来自根网桥的BPDU，同时可以转发用户流量（不阻塞）；默认根网桥上所有接口为指定端口

规则：

  1. 比较从根网桥发出后，通过该接口进入这段链路时的cost值最小（出向）
  2. 若出向cost值相同，必须本地的BID，小优
  3. 本地BID相同，比较本地的PID
  4. 本地PID，相同，直接阻塞该端口；

非指定端口（阻塞端口）

非指定端口（阻塞端口）：当以上所有角色全部选举完成后，剩余没有任何角色的接口为非指定

该接口逻辑阻塞，实际可以接收到信息，但不转发；

cost值：不同带宽 存在不同cost

802.1d标准：          802.1T标准

10M = 100             1000M= 20000

100M=19              100M=200000

1000M=4

10000M=2

>100000M=1

[SWA]stp pathcost-standard ?    默认华为使用802.1t标准

  dot1d-1998  IEEE 802.1D-1998

  dot1t       IEEE 802.1T

  legacy      Legacy

生成协议中，至少应该将根网桥干涉到汇聚层处；

接口状态

down：没有BPDU收发，一旦可以进行BPDU收发进入下一状态

侦听：强制15s；所有交换机进行BPDU收发，选举所有角色；接口角色为非指定端口直接进入阻塞状态，若为指定端口和根端口进入下一状态；

学习：强制15s； 指定端口和根端口学习所有接口连接设备的MAC地址，生成MAC表；之后进入下一状态；

转发：指端端口和根端口进入，可以转发用户报文；

阻塞：逻辑阻塞；

注：只有到接口进入到转发状态后，才能为用户转发数据报文，之前的30s不能转发任何数据；

收敛时间

初次收敛—30s =  15侦听+15s学习

结构变化：

存在直连检测：本地存在阻塞端口，若其他端口断开，该阻塞端口马上进入15是侦听（选举）；结果若为启用，那么将再进入15s学习---总30s

没有直连检测：本地不存在阻塞端口，若某个端口断开，将发送次优BPDU（以本地为根）给其他邻居交换机，其他交换机无视该数据，进行20s hold time计时，到时时阻塞接口进入15s侦听，15s学习=总50s

802.1D 缺点

1、收敛慢

2、链路利用率低

802.1配置命令

[sw1]stp mode stp   修改为802.1d算法，当下华为默认为MSTP；

[sw1]stp priority 4096    修改网桥优先级

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp cost ?   修改接口cost值

  INTEGER<1-200000000>  Port path cost

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp port priority ?  修改接口优先级

  INTEGER<0-240>  Port priority, in steps of 16

PVST  

cisco私有     基于vlan的生成树协议

在每个vlan内，存在一棵树，每个树的工作原理同802.1d一致；不同vlan的BPDU区别在于优先级；

优先级=4096倍数+vlan id   人为仅可修改4096倍数备份，且只能修改为4096的整倍

仅支持  trunk干道封装为ISL（cisco私有封装）

PVST +     

在PVST的基础，兼容802.1q的trunk封装；且设计了部分的加速；

  端口加速（进入层连接用户的接口）      上行链路加速-针对直连检测      骨干加速—针对次优BPDU

上行链路加速仅在接入层设备上配置，因为配置后，该交换机将自动加大本地的网桥优先级；

在直连检测条件下阻塞接口将跳过30s，直接进入转发状态--上行链路加速

骨干加速所有交换机均可配置，针对接收到次优BPDU的阻塞端口可以跳过20s的hold time；

缺点：1、收敛慢（加速不彻底）     2、树多（仅cisco存在单独的芯片，友商无法负荷）     

快速生成树   

cisco的RSTP   ---    基于vlan的快速生成树  - 一个vlan一棵树    pvst+的升级

公有RSTP（802.1w） --- 整个交换网络一棵树                       802.1d的升级

快速的原理：

  1. 取消了计时器，而是在一个状态工作完成后，直接进入下一状态；
  2. 分段式同步，两台设备间逐级收敛；使用请求和同意标记；依赖标记位的第1和第6位
  3. BPDU的保活为6s；hello time 2s；
  4. 将端口加速（边缘接口）、上行链路加速、骨干加速集成了
  5. 兼容802.1d和PVST，但802.1d和PVST没有使用标记位中的第1-6位，故不能快速收敛；因此如果网络中有一台设备不支持快速收敛，那么其他开启快速收敛的设备也不能快速；

当tcn消息出现时，不需要等待根网桥的BPDU，就可以刷新本地的cam表；

切记:接口默认为半双工时，即便允许RSTP，依然基于慢速的802.1D算法来收敛；

[sw1]stp mode rstp

边缘接口---用于连接PC的接口，一旦被设定为边缘接口；将不再进行BPDU的发送，且不进行STP的收敛，直接为转发状态；  但若该接口收到了对端的BPDU，将失去边缘特性，重新正常收敛；

[sw1]interface GigabitEthernet 0/0/1

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp edged-port enable

[sw1]stp priority ?  修改网桥优先级

  INTEGER<0-61440>  Bridge priority, in steps of 4096

[sw1]stp root ?  快速定义根网桥角色

  primary    Primary root switch

  secondary  Secondary root switch

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp port  priority ?   修改接口优先级

  INTEGER<0-240>  Port priority, in steps of 16

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp cost ? 修改接口cost

  INTEGER<1-200000000>  Port path cost

MSTP/MST/802.1S     

华为设备默认使用该协议

继承了快速生成树的基础；  将多个vlan放置于一个组内，基于每个组一棵生成树；

不同组间的BPDU中优先级= 4096倍数+组号

[r1]stp mode mstp

默认存在组0，且所有vlan默认处于该组；优先级= 32768+0

分组

[sw1]stp enable

[sw1]stp region-configuration

[sw1-mst-region]region-name a    所有设备应在一个组内

[sw1-mst-region]instance 1 vlan 1 to 5

[sw1-mst-region]instance 2 vlan 6 to 10

[sw1-mst-region]active region-configuration     激活当前配置（必须配置该指令）

切记：若将创建某个组，但该组内的vlan，在本交换机上没有创建，同时没有为该vlan服务的接口；该组将没有任何信息；整个交换网络中所有设备的分组信息必须完全一致；

定义本地为组1 的主根，组2 的备份根

stp instance 1 root primary      优先级修改为0

stp instance 2 root secondary    优先级修改为4096

[sw1]stp instance  1  priority ?

  INTEGER<0-61440>  Bridge priority, in steps of 4096

[sw1]interface GigabitEthernet 0/0/1

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp instance 1 cost ?

  INTEGER<1-200000000>  Port path cost

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp instance 1 port priority ?

  INTEGER<0-240>  Port priority, in steps of 16

https://blog.csdn.net/xieyunc/article/details/82785340

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