一、基础知识

为了保证交换网络高可用性，在交换机之间使用冗余链路，优于网络中的泛洪机制可能造成二层的桥接环路

二层环路导致的问题：

1、广播风暴

2、 MAC地址表翻滚：

MAC地址在交换机中的刷新时间为5min，一个接口可以对应多个MAC；
但一台交换机上同一MAC地址只能对应一个接口；

3、 同一数据帧的重复拷贝

生成树协议：

1、在一个二层交换网络，逻辑的阻塞部分接口；

2、当最佳路径故障时，自动疏通部分接口来实现链路备份；

生成树：

1、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；

2、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

二、生成树的类型

1、STP（标准生成树，又称为802.1D）

一 个 交 换 网 络 内 仅 存 在 一 棵 生 成 树 实 例

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

BPDU（网桥协议数据单元）：

1）配置BPDU（用于生成树的选举以及重收敛）
2）拓扑变更 BPDU（通知交换网络出现了拓扑变更）

BPDU的数据结构：

Message type
代表着BPDU 的类型 （0X00 配置 0X80 拓扑TC）

Flags
标记位，在802.1D中，标识BPDU 是拓扑变更还是拓扑变更确认BPDU

Root ID
根标识符，用于标记一颗树的树根。与根网桥的BID 一致

Bridge ID
网桥标识符， BID ， 用于标识本设备在本生成树的唯一性

Port ID
端口标识符， PID ，用于标识设备上某接口的唯一性。

Cost of path
路径开销。在华为设备中，称作root
path cost （RPC）
根路径开销

Hellotime
默认为2s ，BPDU 发送的间隔

Max-age
最大时间，可以理解为hello包的超时时间。默认时间为20s

Forward delay
转发延时，状态切换时间，默认为15s

Message age
在思科中默认为300s，就是对应的MAC地址条目的老化时间，（但实际上 该时间为此BPDU 经过的跳数）；
华为中，代表着该BPDU传递的跳数（默认值为0，没经过一台交换机值+1）

Max-hop
默认为20 ，收到BPDU之后，将message age中的时间与max-hop进行比较
若小于，则正常使用该BPDU；若大于，则忽略BPDU

BID

使用8字节构成，组成方式： BID优先级字段（4个bit）+扩展系统ID（12个 bit）+Mac地址（6个字节）

BID 的使用：

1）比较 BID 优先级
2）比较MAC地址

BID优先级：

4位，默认值为32768 ，范围0-65535（实际范围0-61440），越小越优
BID 优先级单位4096（调整BID优先级时 值必须为4096的倍数）

扩展系统ID：

8位，在802.1D和802.1W 无意义，在802.1S中有用的

Mac地址：

为交换机 背板地址池中所有MAC地址中最小的，MAC地址越小越优。

PID

端口标识符 2个字节构成，组成部分：PID优先级（4个bit构成）+端口标识符（12个 bit构成）

使用方法：

1、比较PID优先级
2、Port number

PID优先级：

默认值为126，范围0-255（时间范围0-240），单位16

Port number

标识唯一性

RPC

根路径开销

COST

开销值

生成树选举

1）根网桥：

在每一棵生成树实例中，有且仅有一台交换机作为根桥；负责发送BPDU，计算和指挥整个树的收敛；作为树形结构的根部，交换网络部分的中心节点；

a）对比BPDU中的桥ID
桥ID=网桥优先级 + MAC地址（本地背板池）

b）交换机作为网桥设备时，关注终端设备发送的数据帧中的MAC地址，但交换机本地无MAC

c）需要运行STP协议的交换机，必须在出厂时由厂家进行MAC的写入（存储于交换机的背板地址池中）

d）若交换的背板地址池中MAC地址为多个，将选择数值最小的地址来进行选举

e）先比较网桥优先级（0-65535，默认32768）小优
若优先级一致，比较MAC地址，数值小优

2）根端口：

在每一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，用于接收来自根网桥的BPDU，同时转发终端的数据帧；

a）比较从根网桥发出，之后通过该接口进入时最小的cost值；

b）若入向的cost相同，比较接口对端的设备的BID，小优

c）若对端设备的BID相同，那么比较对端接口的PID；小优

d）若对端设备的PID相同，那么比较本地的PID，小优

PID=端口ID = 接口优先级（0-240，默认128 小优）+ 接口编号
先比较优先级，小优；若优先级相同比较接口编号，数值小优

3）指定端口：

在每一段运行了STP的物理链路上有且仅有一个接口；转发来自根网桥的BPDU，同时转发终端的数据帧；根网桥上所有接口均为指定端口；根端口的对端一定为指定端口；

a）比较转发来自根网桥的BPDU是，出项的最小cost值

b）若出向cost值相同，比较本地的BID，小优

c）若本地的BID相同，比较本地的PID，小优

d）若本地PID相同，将直接阻塞该端口

4）非指定端口：

a）以上所有角色选举完成后，剩余各个接口的角色为非指定端口；
该接口处于阻塞状态；

b）接口阻塞是逻辑上的，并不是接口被关闭；
该接口处于可以接收到数据，但不进行转发的状态；

接口状态

Down 所有接口通电后进入下一状态

侦听 交换机收发BPDU，选出所有角色；根端口、指定端口15s后进入学习状态，非指定端口进入阻塞

学习 终端设备发出数据帧中的源mac地址，生成交换机的MAC表（CAM表），15s后进入转发状态

转发 根端口、指定端口可以开始转发终端的数据帧

阻塞 逻辑阻塞

802.1D的收敛时间：

1）初次收敛 30s 15s侦听+15s学习

2）结构变化

a）存在直连检测 –本地仅存在一个阻塞端口可以接收到来自根网桥的BPDU；需要30s收敛

b）无直连检测 — 20s hold time等待+30s收敛=50s

802.1D算法的缺点：

1）收敛速度慢

2）链路利用率低 – 备份链路正常不转发数据

生成树配置

选择生成树类型

修改BID优先级

方法一：

方法二： 设置主备根

修改cost值

修改PID优先级

查看生成树

查看生成树端口状态

2、RSTP（快速生成树，又称为802.1W）

基于PA机制进行收敛（请求、同意），可以在2-3之内完成收敛；基于BPDU flags 字段内容进行分布式收敛

生成树选举

与802.1D完全一致

端口状态

Discarding 丢弃状态（disable blocking listening ），可以发送并接收BPDU，但是不能 发送接收数据

Learning 学习状态

Forwarding 转发状态

端口角色

根端口

指定端口

替代端口

阻塞，同一个交换机上使用阻塞端口替代根端口（替换时间0s，相当于自动集 成uplink-fast）

备份端口

阻塞，同一个交换机上针对同一条链路备份指定端口（备份端口切换时间 30s，因为出现备份端口一定存在hub，hub是半双工的，不能使用802.1W的机制）

边缘端口

边缘端口 、非边缘端口 ，一般在连接终端的接口上实施（access）

作用

1）自动启用端口加速（节约30s）

2）若收到 proposal 置位的BPUD，边缘端口不会同步

3）若收到 TC位置位的配置BPDU，不通过边缘端口转发

4）若启用边缘端口的接口收到了BPDU，则边缘端口特性失效

5）若收到TC位置位的BPDU，边缘端口学习到的MAC地址时间不变化（依然为300s）

链路类型

802.1W中存在两种链路类型

1）point-to-point 点对点类型

2）shared 共享型

802.1W特性（以及与802.1D区别）

1）收敛机制：PA机制

2）端口状态：3个

3）端口角色：4

4）支持边缘端口（但默认不启用的）

5）自动集成上行链路加速（节约30s）

6）自动集成骨干链路加速（节约50s）

7）在802.1W中所有的交换机都有发送BPDU的能力，BPDU超时时间为6s

配置

与802.1D一致

3、MSTP（多生成树协议，又称为802.1S）

多生成树配置

1）域名 name
2）reversion leave 版本等级
3）instance 实例映射

启用MSTP

MSTP 配置

修改instance 1 的BID 优先级

修改instance 1 的PID 或COST值

查看

查看接口状态

生成树的弹性（特性）：

1.portfast

2.uplink fast

3.backbone fast

4.BPDU 防护

思科 BPDU guard
华为 BPDU protection
若启用了BPDU防护的接口收到BPDU ，则会导致接口down（error-down）
默认在华为BPDU 防护只能全局设置，并且仅仅针对边缘端口

在思科中BPDU guard 可以针对接口也可以针对全局

查看错误日志信息

恢复由于BPDU 防护导致接口shutdown（error-down）
1.手工（先物理关闭接口再重新开启）
2.自动（开启自动恢复）

查看：

5.BPDU-fitter BPDU 过滤

开启之后，该接口不发送也不接收BPDU信息，若接收到了BPDU ，则直接忽略，可以全局启用也可以接口启用，全局启用同样仅仅针对边缘端口，接口启用无所谓

全局做法

接口

6.root-protection 根防护

一般建议在连接新交换机的接口上启用，若该接口收到了优质根的BPDU信息，则接口进入discarding

查看

7.loop-protection 环路防护

防止当出现单向链路故障时，导致生成树出现转发环路，所以可以在阻塞端口上启用loop-protection，使阻塞接口可以发送BPDU ，进行链路双向检测