STP知识点总结

news2025/7/19 3:45:08

目录

一.什么是STP协议

二.STP生成树协议产生的原因

三. STP生成树协议涉及的算法

一.802.1D

二.PVST

三.PVST+

四. 快速生成树

五.MSTP


一.什么是STP协议

        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;

       为了提高网络可靠性,交换网络中通常会使用一些冗余链路。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。

二.STP生成树协议产生的原因

如果没有STP生成树协议会产生的影响:

  1. 广播风暴
  2. MAC地址表翻滚 ---在一台交换机上,同一个MAC地址只能映射唯一的接口;但同一个接口可以映射多个不同的MAC地址;
  3. 同一数据帧的重复拷贝
  4. 以上3个条件最终导致设备工作过载,导致重启保护

三. STP生成树协议涉及的算法

一.802.1D

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

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;再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)

【1】根网桥 – 在一棵生成树实例中,有且仅有一台交换机为root;

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;

【2】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

【3】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;

    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;

【4】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10M = 100  100M=19  1000M=410000M=2>100000M=1
  802.1T标准1000M= 20000100M=200000

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

二.PVST

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)

三.PVST+

 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)

四. 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

五.MSTP

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

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