013A-生成树STP概念

文章目录

简介
网络冗余引起的问题
STP作用
- STP操作
- BPDU
- RSTP

简介

为了提高网络可靠性，交换网络中通常会使用冗余链路。然而，冗余链路会给交换网络带来环路风险，并导致广播风暴以及MAC地址表不稳定,重复帧拷贝等问题，进而会影响到用户的通信质量。生成树协议STP（Spanning Tree Protocol）可以在提高可靠性的同时又能避免环路带来的各种问题。

STP (Spanning Tree Protocol)生成树协议用于解决在二层交换网络中由于部署冗余链路而造成的转发环路问题。在二层网络中,一旦出现转发环路就会造成数据顿在环路内不断的循环和增生,产生广播风暴导致网络瘫痪。在这种场景下生成树协议应运而生,生成树协议是一种二层管理协议,它通过有选择性地阻塞网络冗余链路来达到解决二层转发环路的目的,同时具备链路的备份功能。生成树协议和其他协议一样,也是随着网络的不断发展在不断更新换代。最初被广泛应用的是IEEE802.1D-198STP (Spanning Tre protocol,树议),并此为基础产生了2.0版本和3.0版本,分别是IEEE 802.1w RSTP (Rapid Spanning Tkee protocol,快速生成树协议)和IEEE802.1s MST (Multiple Spanning Tree Protocol, 生成树协议)。

通常情况下STP需要调整汇聚交换机成为根设备和备份根设备，在需要的位置实施边缘端口和BPDU保护。华为设备上通用生成树不能实现每VLAN实例(除非VBST)，如果要实现基于特定VLAN的流量负载，需要多实例生成树MSTP

网络冗余引起的问题

环路会引起广播风暴。
网络中的主机会收到重复数据帧。
环路会引起MAC地址表震荡。

STP作用

STP通过阻塞端口来消除环路，并能够实现链路备份的目的

STP操作

①、端口角色

1.选举一个根桥，剩余的为非根桥
2.每个非根交换机选举一个 根端口。
3.每个网段选举一个指定端口。
4.阻塞非根、非指定端口。

3个有且只有一个：
1）一个网络有且只有一个根交换机。根交换机所有接口一般都是指定端口
2）一个非根交换机有且只有一个根端口
3）每个链路有且只有一个指定端口，Design Port（DP）
4）其他（N个）都是备份端口AP，（Alternative Port）

每一台交换机启动STP后，都认为自己是根桥
非根交换机在选举根端口时分别依据该端口的根路径开销、对端BID、对端PID和本端PID
非根交换机在选举指定端口时分别依据根路径开销、BID、PID
未被选举为根端口或指定端口的端口为预备端口，将会被阻塞

root桥选举：桥id(bridge id)，优先级默认为32768，只能是4096的倍数+背板mac(非接口mac)。数值越小越优先
系统视图stp mode stp
系统视图stp root primary或者stp priority 0
系统视图dis stp brief
RPC(root path cost)：根路径开销
接口视图下stp cost 2000

②、端口状态

1 端口初始化或使能;
2 端口被选为根端口或指定端口。
3 端口不再是根端口或指定端口。
4 forward delay计时器超时。
5 端口禁用或链路失效。

STP是否允许端口VLAN流量通过是关键

BPDU

BPDU包含桥ID、路径开销、端口ID、计时器等参数，只有根设备可以发送

RST BPDU

STP的配置BPDU中Flag字段的中间6位在RSTP中得到了应用

字段内容	说明
Protocol	Identifier 协议ID＝“0”
Protocol Version Identifier	协议版本标识符，STP为0，RSTP为2，MSTP为3。
BPDU Type	BPDU类型，MSTP为0x02。 0x00：STP的Configuration BPDU 0x80：STP的TCN BPDU（Topology Change Notification BPDU） 0x02：RST BPDU（Rapid Spanning-Tree BPDU）或者MST BPDU（Multiple Spanning-Tree BPDU）
Flags	对于“标记域”（Flags），第一个bit（左边、高位bit）表示“TCA（拓扑改变响应）”，最后一个bit（右边、低位bit）表示“TC（拓扑改变）”。
Root Identifier	网桥ID都是8个字节——前两个字节是网桥优先级，后6个字节是网桥MAC地址。
Root Path Cost	根路径开销，本端口累计到根桥的开销。
Bridge Identifier	发送者BID，本交换机的BID。
Port Identifier	发送端口PID，发送该BPDU的端口ID。
Message Age	该BPDU的消息年龄。
Max Age	消息老化年龄。
Hello Time	发送两个相邻BPDU间的时间间隔。
Forward Delay	控制Listening和Learning状态的持续时间。

配置BPDU报文每经过一个交换机，Message Age都加1。
如果Message Age大于Max Age，非根桥会丢弃该配置BPDU

RSTP

STP的改进
STP网络中, STP树的完全收敛需要依赖定时器的计时,端口状态从Blocking迁移到Forwarding至少需要两倍Forward Delay的时间长度,总的收敛时间太长,一般需要几十秒的时间，如果STP网络的拓扑结构频繁变化，网络也会频繁失去连通性，从而导致用户通信频繁中断。为了弥补STP慢收敛的缺陷, IEEE 802.1w定义了RSTP (Rapid SpanningTree Protocol). RSPT在STP的基础上进行了许多改进,使得收纹时间大大减少,一般只需要几秒钟的时间,在现实网络中, STP儿乎已经停止使用,取而代之的是RSTP.
树的数量没有发生变化，最显著的是收敛速度快，BPDU发生了变化
下面我们简单介绍一下RSTP改进点中的两个1, 3种端口状态
改进：
AP到到RP立即forwarding

详细内容参见：
HCNA网络技术学习指南-第4章，PPT，实战案例红宝书-案例13