STP生成树和MSTP多区域生成树

一.STP生成树

STP（Spanning Tree Protocol）是生成树协议的英文缩写，可应用于计算机网络中树形拓扑结构建立

1.1 主要作用

是防止网桥网络中的冗余链路形成环路工作。但某些特定因素会导致STP失败，要排除故障可能非常困难，这取决于网络设计。生成树协议适合所有厂商的网络设备，在配置上和体现功能强度上有所差别，但是在原理和应用效果是一致的。
逻辑上断开环路，形成堵塞接口，防止广播风暴的产生
当线路故障，堵塞接口被激活，当做备用接口，恢复通信

1.2 环路引起的问题

之一：广播风暴：交换机之间两两互相广播，无限循环
之二：MAC地址表不稳定：交换机从不同接口收到来自同一交换机的信息，导致记录的MAC地址表记录混乱

1.3 工作原理

1.）选取拥有最小的交换机优先级+最小的bridge-id 的交换机成为根桥
优先级的取值范围是0~65535，缺省值（默认值）为32768，可修改但必须是4096的倍数最小为0
网桥ID（BID，交换机MAC地址）是唯一的
在最初的网络里，每个交换机都认为自己是根桥，都会发送BPDU，比较Lowest BID
lowest sender BID（最小的发送方BID）网桥优先级+MAC地址
选举出一个根桥，此时就只有根桥发送BPDU。非根桥只进行转发，转发时只修改bridge-id和cost字段
如果不配置优先级，那么选择交换机网络中网桥ID最小的交换机成为根网桥。
2.）选取根端口（Root Ports）
每个非根网桥上有且只有一个，选举到达根网桥上路径开销值最小的成为根端口（路径成本最低的）

3.）选择指定接口（Designated Ports）
根桥上的端口全是指定端口
非根网桥上需要转发数据的端口也是指定端口
非根桥上的指定端口，选择顺序-----根路径成本较低-------所在的交换机的网桥ID的值较小------端口ID的值较小

PS：选举根端口的规则：

Lowest path cost to root bridge（到达跟的最小路径开销）
lowest sender BID（最小的发送方BID）网桥优先级+MAC地址
lowest sender port ID（最小发送方的PID）端口优先级（默认128）+发送方端口号端口号低的为根端口

1.4 BPDU（网桥协议数据单元）

STP的各种选举是通过交换BPDU报文来实现的，BPDU是直接封装在以太网帧的（802.3+802.2）
对于参与STP的所有交换机，它们都通过数据消息的交换来获取网络中其他交换机
信息，这种消息就被称为BPDU。
BPDU直接封装在二层的协议

BPDU的功能
1.选举根桥
2.确定冗余路径的位置
3.通过阻塞特点端口来避免环路
4.通告网络的拓扑变更
5.监控生成树的状态

1.5端口状态描述：

Disabled（禁用状态）：不转发数据帧，不学习MAC地址表，不参与生成树计算
Blocking/Discarding（阻塞状态）：不转发数据帧，不学习MAC地址表，接受并处理BPDU，不发送BPDU
Listening（侦听状态）：不转发数据帧，不学习MAC地址表，参与生成树计算，接受并发送BPDU
Forwarding（转发状态）：转发数据帧，学习MAC地址表，参与生成树计算，接收并发送BPDU

端口由Blocking过渡到Forwarding有50s延时，Blocking到Listening有20s老化时间，listening到
learning有15s过渡，Learning到Forwarding有15s过渡
查看端口状态命令：display stp brief

二. MSTP（多生成树技术）

为了弥补STP和RSTP的缺陷，IEEE于2002年发布的802.1S标准定义了MSTP。MSTP兼容STP和RSTP，既可以快速收敛，又提供了数据转发的多个冗余路径，在数据转发过程中实现VLAN数据的负载均衡。
MSTP把一个交换网络划分成多个域，每个域内形成多棵生成树，生成树之间彼此独立。每棵生成树叫做一个多生成树实例MSTI（Multiple Spanning Tree Instance），每个域叫做一个MST域（MST Region：Multiple Spanning Tree Region）。

所谓生成树实例就是多个VLAN的一个集合。通过将多个VLAN捆绑到一个实例，可以节省通信开销和资源占用率。MSTP各个实例拓扑的计算相互独立，在这些实例上可以实现负载均衡。可以把多个相同拓扑结构的VLAN映射到一个实例里，这些VLAN在端口上的转发状态取决于端口在对应MSTP实例的状态。

举例拓扑图如下：
在这里插入图片描述
在其他配置完成情况下（各部分所使用端口已标在图中）
给SW1配置：
[SW1]stp mode mstp
//将模式改成MSTP模式，此模式兼容STP/RSTP
[SW1]stp region-configuration
//进入MSTP视图
[SW1-mst-region]region-name huawei
//配置MSTP域名
[SW1-mst-region]revision-level 1
//配置MSTP修订级别，缺省为1，各个设备的修订级别要一致
[SW1-mst-region]instance 1 vlan 10
[SW1-mst-region]instance 2 vlan 20
//配置实例，并将vlan10加入实例1（一个vlan只能加入一个实例，但实例里可以有许多vlan）
[SW1-mst-region]active region-configuration
//激活MSTP域的配置
[SW1]stp instance 1 root primary
//配置此交换机为实例1的主根桥
[SW1]stp instance 2 root secondary
//配置此交换机为实例2的备用根桥

SW2配置与上述情况基本一致
在设置主/备根桥需要换一下

SW3：
[SW3]stp mode mstp
[SW3]stp region-configuration
[SW3-mst-region]region-name huawei
[SW3-mst-region]revision-level 1
[SW3-mst-region]instance 1 vlan 10
[SW3-mst-region]instance 2 vlan 20
[SW3-mst-region]active region-configuration
不配置主/备根桥其他相同

连通性测试

在这里插入图片描述
此时我们可以断掉其中一个端口

数据依然可以通信

PS：切掉一条线路后系统切换主备根桥需要一定的延迟