# STP 生成树协议 ### 一、为什么需要STP协议 1. 局域网中容易出现的问题 - 单点故障和单链路故障，即：当某一条链路故障或某一台设备故障导致大面积主机网络中断 2. 如何预防单点故障和单链路故障 - 增加冗余/备份设备：预防单点故障 - 增加冗余/备份链路：预防单链路故障 3. 增加冗余/备份链路后，引发的新的问题 - 交换机与交换机之间增加备份链路后：极有可能形成环状网络，形成二层环路 二层环路：极有可能会引发广播风暴 广播风暴一旦形成：会造成网络拥塞，设备宕机，网络不可用 4. 如何解决因二层环路所导致的广播风暴？ - STP协议可以解决二层环路：STP会形成一个物理有环，逻辑无环的网络 ### 二、STP协议 1. **STP是什么** > STP：Spanning Tree Protocol 生成树协议 2. **STP的作用（如何实现逻辑无环，如何防止广播风暴）** > 所有交换机物理互相连接 > > 所有交换机启动后，都运行生成树协议 > > 通过生成树协议，逻辑上阻塞端口，从而形成一个逻辑无环拓扑，避免广播风暴。 > > 当现在链路出现问题，被阻塞的链路可以重新启用，从而形成新逻辑无环拓扑，起到了链路备份的作用 3. **STP的工作原理** - 步骤1：选举根网桥（Root Bridge），作为整个网络的根 - 步骤2：确定根端口(Root Port RP)，在每个非根交换机上选举1个根端口-（RP-根端口） - 步骤3：确定指端口(Designated Port DP)，在每条链路（每个网段）上选举1个指定端口-（DP-指定端口） - 步骤4：阻塞备用端口(Alternate Port AP)，阻塞非根、非指定端 4. **步骤1：选举根网桥** - 比较网桥ID(BID),选择网桥ID值最小的交换机为根网桥 - BID:优先级+MAC（总长度8字节） - 优先级：默认32768 - 理论范围 0-65535 - 实际范围 0-61440 -步长值 4096 5. **步骤2：确定根端口(Root Port RP)** 1. 每个非根交换机上选举1个根端口-（RP-根端口） - 非根交换机到根交换机的根路径开销值最小的端口（根路径成本最小） - 链路带宽 带宽越高 成本值越小 - 开销 cost （到达根交换机的路径成本） - 默认值 100Mbit端口【200000】 1000Mbit（1G）端口【20000】 10000Mbit（10G）端口【2000】 2. BID:优先级+MAC（对端设备的） 3. PID（端口ID）:优先级+端口号 （对端设备的） > 端口优先级：默认值128 范围：0-240 步长值：16 6. **步骤3：确定指端口(Designated Port DP)** 1. 在每条链路（每个网段）上选举1个指定端口-（DP-指定端口） - 一条链路上到根交换机的根路径开销值最小的端口（根路径成本最小） > 根桥上的接口都是指定端口 2. 如果根路径成本相同则对比端口所在交换机的网桥ID，网桥ID小的端口为指定端（端口自己所在的网桥ID） 3. PID（端口ID）:优先级+端口号（自己的） > 端口优先级：默认值128 范围：0-240 步长值：16 7. **STP基础配置** ``` [SW1]display stp //查看生成树状态信息 [SW1]display bridge mac-address //查看交换机自己的MAC [SW1]display stp brief //查看接口STP简要信息 [SW1]stp priority 4096 //修改BID中的优先级 ``` 8. **BPDU报文** 1. BPDU：桥协议数据单元 - 作用：交换机之间通过周期性发送BPDU报文，来实现STP功能 2. BPDU的四个重要字段 - 根网桥ID：根交换机的BID - 根路径开销：本端口累计到根桥的开销值（cost值） - 发送网桥ID：本交换机的BID - 端口ID：发送该BPDU报文的端口的ID 3. BPDU 类型 - 配置 BPDU 和拓扑变更 BPDU。 9. **STP端口的5种状态** - 禁用（disabled) ：强制关闭，没有启动STP协议 - 阻塞（blocking)：只接收BPDU报文，不发送BPDU报文 - 侦听（Listening)：比较BPDU报文，确定交换机角色和端口角色 - 学习（Learning)：基于端口上收到的数据帧，学习MAC地址表 - 转发（forwardding)：端口最终的状态，能够发送和接收用户数据 10. **STP 3种的计时器** 1. hello 时间：端口发送的BPDU报文的时间间隔：默认是2秒 2. 转发延迟（forward delay）：侦听—学习：15秒 、学习—转发：15秒 3. 最大老化时间（Max Age)：一个端口最大的“没有接收BPDU”的时间间隔：20秒 > 50秒的转发延迟 ### 三、RSTP快速生成树协议 1. **RSTP：快速生成树，在STP的基础上优化而来** - 作用：实现网络的快速收敛，降低网络故障时间，提高数据转发的效率 2. **RSTP对STP的改进** - 引入了P/A 机制（让指定端口尽快进入转发状态） - 增加了2种端口角色（BP和AP） - Backup Port（备份端口）是指定端口的备份端口。 - Alternate Port（备用端口）是根端口的替换端口。 - 减少了3种端口状态（禁用、阻塞、侦听三种状态合为一种） ### 四、MSTP多生成树协议 1. **MSTP概述** 1. MSTP作用 - 默认生成树协议只形成一个网络拓扑，不能有效利用所有网络带宽 - 为了实现网络的负载均衡，需要让网络形成多个无环拓扑，让不同vlan的主机，选择不同的拓扑来传数据 2. 端口状态 - Discarding (丢弃)：相当于STP中的禁用、侦听、阻塞，不转发用户数据 - Learning(学习)：和STP 中的学习状态相同 - Forwarding(转发)：和STP中的转发状态相同 3. MSTP配置 - 每个交机创建vlan,交换相连的接口配置为trunk - 配置STP模式为MSTP ``` [SW1]stp mode mstp //修改mstp模式（华为设备默认模式MSTP） ``` > 交换机创建MSTP域、定义域名，实例和vlan的对应关系 > > 交换机上激活MSTP区域配置 2. **配置MSTP，由SW1为vlan10的根，SW2为vlan20的根** - 配置步骤 1. 在所有的交换机中都创建vlan10和vlan20 2. 交换机连接PC的接口设置为access模式，并加入指定的vlan 3. 交换机和交换机互联的接口设置trunk模式，并允许vlan10和vlan20 通过 4. 在所有的交换机中配置MSTP，所有交换机中的MSTP配置都要完全相同 5. 指定SW1为vlan10的主根 6. 指定SW2为vlan20的主根 - 配置命令 - S1、S2、S3创建vlan并配置连接交换机的端口为trunk ``` [S1]vlan batch 10 20 [S1]port-group 1 [S1-port-group-1]group-member g0/0/5 g0/0/6 [S1-port-group-1]port link-type trunk [S1-port-group-1]port trunk allow-pass vlan 10 20 ``` ``` [S2]vlan batch 10 20 [S2]port-group 1 [S2-port-group-1]group-member g0/0/5 g0/0/6 [S2-port-group-1]port link-type trunk [S2-port-group-1]port trunk allow-pass vlan 10 20 ``` ``` [S3]vlan batch 10 20 [S3]port-group 1 [S3-port-group-1]group-member g0/0/5 g0/0/6 [S3-port-group-1]port link-type trunk [S3-port-group-1]port trunk allow-pass vlan 10 20 ``` - 配置PC1加入vlan10、PC2加入vlan20 ``` [S3]interface GigabitEthernet 0/0/1 [S3-GigabitEthernet0/0/1]port link-type access [S3-GigabitEthernet0/0/1]port default vlan 10 [S3]interface GigabitEthernet 0/0/2 [S3-GigabitEthernet0/0/2]port link-type access [S3-GigabitEthernet0/0/2]port default vlan 20 ``` - S1、S2、S3配置MSTP区域并激活 ``` [S1]stp mode mstp 启用MSTP协议 [S1]stp region-configuration 创建MSTP区域 [S1-mst-region]region-name ntd定义区域名为ntd [S1-mst-region]instance 1 vlan 10指定实例与vlan的对应关系 [S1-mst-region]instance 2 vlan 20 [S1-mst-region]active region-configuration激活区域配置 ``` ``` [S2]stp mode mstp 启用MSTP协议 [S2]stp region-configuration 创建MSTP区域 [S2-mst-region]region-name ntd定义区域名为ntd [S2-mst-region]instance 1 vlan 10指定实例与vlan的对应关系 [S2-mst-region]instance 2 vlan 20 [S2-mst-region]active region-configuration激活区域配置 ``` ``` [S3]stp mode mstp 启用MSTP协议 [S3]stp region-configuration 创建MSTP区域 [S3-mst-region]region-name ntd定义区域名为ntd [S3-mst-region]instance 1 vlan 10指定实例与vlan的对应关系 [S3-mst-region]instance 2 vlan 20 [S3-mst-region]active region-configuration激活区域配置 ``` - 配置SW1为vlan10的根、SW2为vlan20的根 ``` [S1]stp instance 1 priority 4096 [S2]stp instance 2 priority 4096 ``` - 查看验证 ``` display stp instance 1 brief 查看S1的instance 1 g0/0/5 g0/0/6都是指定接口 ``` ``` display stp instance 2 brief 查看S2的instance 2 g0/0/5 g0/0/6都是指定接口 ``` 3. 实验MSTP负载均衡 ![image-20240828193446020](https://picgo-noriu.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/Images/image-20240828193446020.png) - 需求 - PC1属于 vlan 10 ，IP地址为 192.168.10.1/24，网关为 192.168.10.254 - PC2属于 vlan 20 ，IP地址为 192.168.20.1/24，网关为 192.168.20.254 - 确保PC1与PC2互通 - 配置 MSTP ，SW1为 vlan10的主根、vlan20的次根，SW2为vlan10的主根、vlan10的次根 - 配置步骤 1. 配置PC的IP地址 2. 在所有的交换机中都创建vlan10和vlan20 3. 交换机连接PC的接口设置为access模式，并加入指定的vlan 4. 交换机和交换机互联的接口设置trunk模式，并允许vlan10和vlan20 通过 5. 在所有的交换机中配置MSTP，所有交换机中的MSTP配置都要完全相同 6. 指定SW1为vlan10的主根， vlan20的备根 7. 指定SW2为vlan20的主根， vlan10的备根 8. 配置路由器接口的IP地址 - 配置命令 - S1、S2、S3创建vlan并配置连接交换机的端口为trunk ``` [S1]VLAN batch 10 20 [S1]port-group 1 [S1-port-group-1]group-member G0/0/5 G0/0/6 [S1-port-group-1]port link-type trunk [S1-GigabitEthernet0/0/5]port trunk allow-pass vlan ALL ``` ``` [S2]VLAN batch 10 20 [S2]port-group 1 [S2-port-group-1]group-member G0/0/5 G0/0/6 [S2-port-group-1]port link-type trunk [S2-GigabitEthernet0/0/5]port trunk allow-pass vlan ALL ``` ``` [S3]VLAN batch 10 20 [S3]port-group 1 [S3-port-group-1]group-member G0/0/5 G0/0/6 [S3-port-group-1]port link-type trunk [S3-GigabitEthernet0/0/5]port trunk allow-pass vlan ALL ``` - S1、S2、S3配置MSTP区域并激活 ``` [S1]stp mode mstp 启用MSTP协议 [S1]stp region-configuration 创建区域 [S1-mst-region]region-name ntd 定义区域名为ntd [S1-mst-region]instance 1 vlan 10 指定vlan与实例的对应关系 [S1-mst-region]instance 2 vlan 20 [S1-mst-region]active region-configuration 激活区域配置 ``` ``` [S2]stp mode mstp 启用MSTP协议 [S2]stp region-configuration 创建区域 [S2-mst-region]region-name ntd 定义区域名为ntd [S2-mst-region]instance 1 vlan 10 指定vlan与实例的对应关系 [S2-mst-region]instance 2 vlan 20 [S2-mst-region]active region-configuration 激活区域配置 ``` ``` [S3]stp mode mstp 启用MSTP协议 [S3]stp region-configuration 创建区域 [S3-mst-region]region-name ntd 定义区域名为ntd [S3-mst-region]instance 1 vlan 10 指定vlan与实例的对应关系 [S3-mst-region]instance 2 vlan 20 [S3-mst-region]active region-configuration 激活区域配置 ``` - 配置S1为vlan10的主根、vlan20的次根网桥并查看配置 ``` [S1]stp instance 1 priority 0 [S1]stp instance 2 priority 4096 ``` - 配置S2为vlan20的主根、vlan10的次根根网桥并查看配置 ``` [S2]stp instance 2 priority 0 [S2]stp instance 1 priority 4096 ``` - 配置PC1加入vlan10、PC2加入vlan20 ``` [S3]interface GigabitEthernet 0/0/1 [S3-GigabitEthernet0/0/1]port link-type access [S3-GigabitEthernet0/0/1]port default vlan 10 [S3]interface GigabitEthernet 0/0/2 [S3-GigabitEthernet0/0/2]port link-type access [S3-GigabitEthernet0/0/2]port default vlan 20 ``` - 配置S1与路由相连的接口加入vlan10 ``` [S1]interface GigabitEthernet 0/0/1 [S1-GigabitEthernet0/0/1]port link-type access [S1-GigabitEthernet0/0/1]port default vlan 10 ``` - 配置S2与路由相连的接口加入 vlan20 ``` [S2]interface GigabitEthernet 0/0/2 [S2-GigabitEthernet0/0/2]port link-type access [S2-GigabitEthernet0/0/2]port default vlan 20 ``` - 配置路由器接口IP ``` [R1]interface GigabitEthernet 0/0/1 [R1-GigabitEthernet0/0/1]ip address 192.168.10.254 24 [R1]interface GigabitEthernet 0/0/2 [R1-GigabitEthernet0/0/2]ip address 192.168.20.254 24 ``` - 测试与验证 ``` pc1 ping pc2 通 ``` - 查看验证 ``` display stp instance 1 brief 查看S1的instance 1 g0/0/5 g0/0/6都是指定接口 ``` ``` display stp instance 2 brief 查看S2的instance 2 g0/0/5 g0/0/6都是指定接口 ```