(整理)現(xiàn)代交換技術(shù)STP生成樹協(xié)議

1、精品文檔精品文檔STP生成樹協(xié)議STP（ Spanning Tree Protocol ）是生成樹協(xié)議的英文縮寫。該協(xié)議可應(yīng)用 于環(huán)路網(wǎng)絡(luò)， 通過一定的算法實(shí)現(xiàn)路徑冗余， 同時(shí)將環(huán)路網(wǎng)絡(luò)修剪成無環(huán)路的樹 型網(wǎng)絡(luò)，從而避免報(bào)文在環(huán)路網(wǎng)絡(luò)中的增生和無限循環(huán)。STP的基本原理是，通過在交換機(jī)之間傳遞一種特殊的協(xié)議報(bào)文（在IEEE802.1D 中這種協(xié)議報(bào)文被稱為“配置消息”）來確定網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。配置消 息中包含了足夠的信息來保證交換機(jī)完成生成樹計(jì)算。生成樹協(xié)議 STP/RSTP1. 技術(shù)原理：STP的基本思想就是生成“一棵樹”，樹的根是一個(gè)稱為根橋的交換機(jī)，根 據(jù)設(shè)置不同， 不同的交換機(jī)會(huì)被選為根

2、橋， 但任意時(shí)刻只能有一個(gè)根橋。 由根橋 開始，逐級形成一棵樹，根橋定時(shí)發(fā)送配置報(bào)文，非根橋接收配置報(bào)文并轉(zhuǎn)發(fā)， 如果某臺(tái)交換機(jī)能夠從兩個(gè)以上的端口接收到配置報(bào)文， 則說明從該交換機(jī)到根 有不止一條路徑， 便構(gòu)成了循環(huán)回路， 此時(shí)交換機(jī)根據(jù)端口的配置選出一個(gè)端口 并把其他的端口阻塞， 消除循環(huán)。當(dāng)某個(gè)端口長時(shí)間不能接收到配置報(bào)文的時(shí)候， 交換機(jī)認(rèn)為端口的配置超時(shí)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇赡芤呀?jīng)改變，此時(shí)重新計(jì)算網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?重新生成一棵樹。 2. 功能介紹：生成樹協(xié)議最主要的應(yīng)用是為了避免局域網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)環(huán)回， 解決成環(huán)以太網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)的“廣播風(fēng)暴”問題， 從某種意義上說是一種網(wǎng)絡(luò)保護(hù)技術(shù)， 可以消除由于 失誤或者

3、意外帶來的循環(huán)連接。STP也提供了為網(wǎng)絡(luò)提供備份連接的可能，可與 SDH呆護(hù)配合構(gòu)成以太環(huán)網(wǎng)的雙重保護(hù)。新型以太單板支持符合ITU-T 802.1d標(biāo)準(zhǔn)的生成樹協(xié)議STP及 802.1W規(guī)定的快速生成樹協(xié)議RSTP收斂速度可達(dá)到 1s 。但是，由于協(xié)議機(jī)制本身的局限，STP保護(hù)速度慢（即使是1s的收斂速度 也無法滿足電信級的要求），如果在城域網(wǎng)內(nèi)部運(yùn)用STP技術(shù)，用戶網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)蕩 會(huì)引起運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)蕩。目前在 MSTP組成環(huán)網(wǎng)中，由于SDH保護(hù)倒換時(shí)間比 STP協(xié)議收斂時(shí)間快的多，系統(tǒng)采用依然是 SDHMS-SPRINGE SNCP般倒換時(shí) 間在50ms以內(nèi)。但測試時(shí)部分以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的倒換時(shí)間為

4、 0或小于幾個(gè)毫秒，原 因是內(nèi)部具有較大緩存。SDH呆護(hù)倒換動(dòng)作對MACg是不可見的。這兩個(gè)層次的 保護(hù)可以協(xié)調(diào)工作，設(shè)置一定的“拖延時(shí)間”（ hold-off ），一般不會(huì)出現(xiàn)多次 倒換問題。生成樹算法生成樹協(xié)議運(yùn)行生成樹算法（STA。生成樹算法很復(fù)雜，但是其過程可以 歸納為一下三個(gè)部分。（1）選擇根網(wǎng)橋精品文檔精品文檔（2）選項(xiàng)根端口（3）選擇指定端口選擇根網(wǎng)橋的依據(jù)是交換機(jī)的網(wǎng)橋優(yōu)先級， 網(wǎng)橋優(yōu)先級是用來衡量網(wǎng)橋在生 成樹算法中優(yōu)先級的十進(jìn)制數(shù)，取值范圍是 065535.默認(rèn)值是32768,網(wǎng)橋ID 是由網(wǎng)橋優(yōu)先級和網(wǎng)橋 MAC地址組成的。共有8個(gè)字節(jié)。選擇根端口的依據(jù)是（1） 到跟網(wǎng)橋

5、的最低路徑成本。根路徑成本是兩個(gè)網(wǎng)橋間的路徑上所有鏈路的成本之和， 也就是某個(gè)網(wǎng)橋到 達(dá)根網(wǎng)橋的中間所有鏈路的路徑成本之和， 一條鏈路的帶寬越大， 他的傳輸成本 就越低。（2） 直連的網(wǎng)橋 ID 最?。?） 端口 ID 最小選擇指定端口的依據(jù)是：（1） 根路徑成本較低（2） 所在的交換機(jī)網(wǎng)橋 ID 值最?。?） 端口 ID 值最小STP生成樹協(xié)議一、STP既述STP（生成樹協(xié)議）是一個(gè)二層管理協(xié)議。在一個(gè)擴(kuò)展的局域網(wǎng)中參與STP的所有交換機(jī)之間通過交換橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元 B P DU（Bridge Protocol Data Unit ） 來實(shí)現(xiàn)；為穩(wěn)定的生成樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇一個(gè)根橋； 為每個(gè)交換網(wǎng)

6、段選擇一臺(tái)指定 交換機(jī)；將冗余路徑上的交換機(jī)置為 Blocking ，來消除網(wǎng)絡(luò)中的環(huán)路。IEEE 802.1d是最早關(guān)于STP的標(biāo)準(zhǔn)，它提供了網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)冗余切換機(jī)制。 STP使您能在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中部署備份線路，并且保證：在主線路正常工作時(shí)，備份線路是關(guān)閉的。當(dāng)主線路出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)使能備份線路，切換數(shù)據(jù)流。RSTP( Rapid Spanning Tree Protocol )是STP的擴(kuò)展，其主要特點(diǎn)是增加 了端口狀態(tài)快速切換的機(jī)制，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞目焖俎D(zhuǎn)換。精品文檔精品文檔1.1設(shè)置STP模式使用命令config spanning-tree mode可以設(shè)置STP模式為802.1d STP或

7、者 802.1w RSTP。1.2 配置 STP交換機(jī)中默認(rèn)存在一個(gè)default STP 域。多域STP是擴(kuò)展的802.1d，它允 許在同一臺(tái)交換設(shè)備上同時(shí)存在多個(gè) STP域，各個(gè)STP域都按照802.1d運(yùn)行， 各域之間互不影響。它提供了一種能夠更為靈活和穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，基本實(shí)現(xiàn)在 VLAN中計(jì)算生成樹。1.2.1創(chuàng)建或刪除 STP利用命令 create stpd 和 delete stpd 可以創(chuàng)建或刪除 STP。缺省的 default STP 域不能手工創(chuàng)建和刪除。1.2.2使能或關(guān)閉 STP交換機(jī)中STP缺省狀態(tài)是關(guān)閉的。利用命令 config stpd 可以使能或關(guān)閉 STP。1.2

8、.3使能或關(guān)閉指定STP的端口交換機(jī)中所有端口默認(rèn)都是參與 STP計(jì)算的。使用命令config stpd port 可以使能或關(guān)閉指定的STP端口。1.2.4配置STP的參數(shù)運(yùn)行某個(gè)指定STP的STP協(xié)議后，可以根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整該 STP的一 些參數(shù)。交換機(jī)中可以調(diào)整以下的 STP協(xié)議參數(shù)：Bridge PriorityHello TimeForward DelayMax Age另外每個(gè)端口上可以調(diào)整以下參數(shù)：精品文檔精品文檔config stpd forwarddelayconfig stpd hellotimeconfig stpd maxage配置BPDU報(bào)文老化的最長時(shí)間間隔co

9、nfig stpd priority配置運(yùn)行STP協(xié)議時(shí)本交換機(jī)的優(yōu)先級config stpd port costconfig stpd port priorityPath CostPort Priority表1-1配置STP參數(shù)的常用命令配置根橋交換機(jī)端口狀態(tài)切換的時(shí)間間隔配置根橋交換機(jī)發(fā)送 BPDU的時(shí)間間隔配置參與STP計(jì)算端口的路徑開銷配置參與STP計(jì)算的端口的優(yōu)先級1.2.5顯示STP狀態(tài)利用命令show stpd可以查看STP的狀態(tài)，包括：BridgeIDRoot BridgeIDSTP的各種配置的參數(shù)利用命令show stpd port 可以顯示端口的STP狀態(tài)，包括：端口狀態(tài)D

10、esig nated port端口的各種配置參數(shù)一 VLAN與生成樹在缺省的CISCOSTP模式中，每個(gè)VLAN定義一個(gè)STP.IEEE802.1Q標(biāo)準(zhǔn)是在整個(gè)交換VLAN網(wǎng)絡(luò)中使用一個(gè)STP, 但并不排除在每個(gè)VLAN中實(shí)現(xiàn)STP.1VLAN與生成樹的關(guān)系精品文檔精品文檔IEEE通用生成樹（CST）CISCO PER VLAN生成樹（PVST）帶CST的CISCOPER VLAN生成樹（PVST + ）CST是IEEE解決運(yùn)行虛擬局域網(wǎng)VLAN生成樹的方法.CST定 義，整個(gè)第2層交換網(wǎng)絡(luò)所有實(shí)現(xiàn)了的VLAN, 僅使用一個(gè)生成樹實(shí)例.這個(gè) 生成樹實(shí)例運(yùn)行在整個(gè)交換局域網(wǎng)上.PVST是解決在虛

11、擬局域網(wǎng)上處理生成樹的CISCO特有解決方案.PVST為每個(gè)虛擬局域網(wǎng)運(yùn)行單獨(dú)的生成樹實(shí)例. 一般情況下PVST要求在交 換機(jī)之間的中繼鏈路上運(yùn)行CISCO的ISL.PVST+是CISCO解決在虛擬局域網(wǎng)上處理生成樹問題的另一個(gè)方 案.PVST+允許CST信息傳給PVST, 以便與其他廠商在VLAN上運(yùn) 行生成樹的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行操作.2按VLAN生成樹（PVST）為每個(gè)VLAN建立一個(gè)獨(dú)立的生成樹實(shí)例（PVST）.生成樹算法計(jì)算整個(gè)交換型網(wǎng)絡(luò)的最佳無環(huán)路徑.PVST的優(yōu)點(diǎn)：生成樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的總體規(guī)模減少.改進(jìn)了生成樹的擴(kuò)展性，并減少了收斂時(shí)間.提供更快的收斂恢復(fù)能力和更高的可靠性.PVST的缺點(diǎn)：

12、為了維護(hù)針對每個(gè)VLAN而生成的生樹，交換機(jī)的利用率會(huì)更高為了支持各個(gè)VLAN的EPDU, 需要占用更多的TRUNK鏈路帶寬生成樹僅可運(yùn)行在64個(gè)VLAN上.3公共生成樹（CST）CST是IEEE在虛擬局域網(wǎng)上處理生成樹的特有方法，這是一種VLAN解決方案，稱為單一或者公共生成樹.生成樹協(xié)議運(yùn)行在VLAN 1即缺省的 精品文檔精品文檔VLAN上.所有的交換機(jī)都舉出同一個(gè)根網(wǎng)橋，并建立與該根網(wǎng)橋的關(guān)系.公共生成樹不能針對每個(gè)VLAN來優(yōu)化根網(wǎng)橋的位置.公共生成樹優(yōu)點(diǎn)：最小數(shù)量的BPDU通信，帶寬占用少.交換機(jī)負(fù)載保持最小.公共生成樹的缺點(diǎn)如下：只用一個(gè)根網(wǎng)橋，這不能為所有的VLAN做到網(wǎng)橋的優(yōu)化

13、放置，導(dǎo)致對某些設(shè)備來說可能存在次優(yōu)化路徑.為包括交換架構(gòu)中的所有端口， 生成樹的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較大， 這就會(huì)導(dǎo)致較長 的收斂時(shí)間和更頻繁的重新配置.4 增強(qiáng)型的按VLAN生成樹（PVST + ）PVST+有以下特征：它是CISCO發(fā)展的，可以與8 0 2.1 Q公共生成樹（CST）互操 作.通過ISL中繼，PVST+與現(xiàn)存的CISCO交換機(jī)PVST協(xié)議向 后兼容，同時(shí)，PVST+也通過8 0 2.1 Q中繼與CST連接互操作.如果PVST區(qū)域和CST區(qū)域之間要互操作， 一定要通過PVST +區(qū) 域.二 生成樹配置 生成樹配置涉及下面一些任務(wù)： 選舉和維護(hù)一個(gè)根網(wǎng)橋. 通過配置一些生成樹的參數(shù)來優(yōu)化

14、生成樹.（如端口優(yōu)先級 端口成本） 通過配置上行鏈路來減少生成樹的收斂時(shí)間.2950交換機(jī)上生成樹的缺省配置：STP啟用：缺省情況下VLAN 1啟用STP模式：PVST +精品文檔精品文檔M：100最大老化時(shí)本地交（根secondary )交換機(jī)優(yōu)先級：3 2 7 6 8STP端口優(yōu)先級：128STP 路徑成本：10 00 M:4100M:1910STPVLAN端口成本：(同上)STP計(jì)時(shí)器：HELLO時(shí)間：2秒轉(zhuǎn)發(fā)延遲：15秒 間：20秒1啟用生成樹：switch(config)#spanning-tree vlan vlan-list步驟：switch c onfig tswitch(co

15、nfig)# spanning-tree vlan 10switch(config)#endswitch#show spanning-tree summary/detailsummary摘要detail 詳細(xì)Bridge Identifier has priority 8912,address 0006.eb06.1741 ( 換機(jī)網(wǎng)橋ID)desigated root has priority 8912,address 0006.eb06.1741 網(wǎng)橋ID)designated port is 7,path cost 0 (路徑成本)times: hold1, topology chang

16、e 35, notification 2hello 2, max age 20, forward delay 15(根計(jì)時(shí)器)2人為建立根網(wǎng)橋在生成樹網(wǎng)絡(luò)中，最重要的事情就是決定根網(wǎng)橋的位置可以讓交換機(jī)自己根據(jù)一定的原則來選擇根網(wǎng)橋以及備份或從 根網(wǎng)橋，也可使用命令人為指定根網(wǎng)橋PS:不要將接入層的交換機(jī)配置為根網(wǎng)橋.STP根網(wǎng)橋通常是匯精品文檔精品文檔聚層或 者核心層的交換機(jī)通過命令直接建立根網(wǎng)橋:spanning-tree vlan vlan-id root primary （網(wǎng)橋優(yōu)先級被置為 24576）步驟:switch c onfig terminalswitch（config）#s

17、panning-tree vlan vlan-id root primary dianmeter net-diameter hello-time sec為VLAN配置根網(wǎng)橋、網(wǎng)絡(luò)半徑以及HELLO間隔ROOT關(guān)鍵字：指定這臺(tái)交換機(jī)為根網(wǎng)橋diameter netdianmeter :該關(guān)鍵字指定在末端口主機(jī)任意兩點(diǎn)之間的網(wǎng)段 的最大數(shù)量.net-diameter的值是2 7 .這個(gè)直徑應(yīng)該從根網(wǎng)橋開始計(jì)算， 根網(wǎng)橋是1switch（config）#endswitch#show spanning-tree vlan vlan-id detail讓交換機(jī)返回缺省的配置，可以使用如下命令：no sp

18、anstree vlan vlan-id root2修改網(wǎng)橋的優(yōu)先級別：多數(shù)情況下做如下配置：spa nning -tree via n via n-id root primary（主 ROOT 網(wǎng)橋優(yōu)先級被置為 24576）spa nnin g-tree via n via n-id root sec ondary（備份 ROOT 網(wǎng)橋優(yōu)先級被置為 28672）修改網(wǎng)橋優(yōu)先級：spanning-tree vian vian-id priority bridge-priority3確定到根網(wǎng)橋的路徑生成樹協(xié)議依次用BPDU中這些不同域來確定根網(wǎng)橋的最佳路徑：精品文檔精品文檔根路徑成本(ROOT

19、PATH COST)發(fā)送網(wǎng)橋 ID(BRIDGEID)發(fā)送端口 ID (PORT ID)從端口發(fā)出BPDU時(shí)，它會(huì)被施加一個(gè)端口成本，所有端口成本的總和就 是根路徑成本 生成樹首先查看根路徑成本， 以確定哪些端口應(yīng)該轉(zhuǎn)發(fā)， 哪些端 口應(yīng)該阻塞報(bào)告最低路徑成本的端口被選為轉(zhuǎn)發(fā)端口如果對多個(gè)端口來說，其中根路徑成本相同，那么，生成樹將查看網(wǎng)橋ID.報(bào)告有最低網(wǎng)橋ID的BPDU端口被允許進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，而其他所有端口被阻斷如果路徑成本和發(fā)送網(wǎng)橋ID都相同(如在平行鏈路中)，生成樹將查看發(fā)送端口 ID.端口 ID值小的優(yōu)先級高，將作為轉(zhuǎn)發(fā)端口.4修改端口成本如果想要改變某臺(tái)交換機(jī)和根網(wǎng)橋之間的數(shù)據(jù)通路， 就

20、要仔細(xì)計(jì)算當(dāng)前的路 徑成本，然后，改變所希望路徑的端口成本.我們可以更改交換機(jī)端口的成本， 端口成本更低的端口更容易被選為轉(zhuǎn)發(fā)幀 的端口.spanning-tree vlan vlan-id cost costno spanning-tree vlan vlan-id cost(恢復(fù)默認(rèn)成本 )配置步驟：1config terminal進(jìn)入配置狀態(tài)2interface interface-id進(jìn)入端口配置界面3端口成本spanning-tree vlan vlan-id cost cost值為某個(gè)VLAN配置4end5show spanning-tree interface interface

21、-id detail查看配置6write精品文檔精品文檔還有一種情況就是使用熱備份路由選擇協(xié)議(HSRP)，將兩臺(tái)路由器連5修改端口優(yōu)先級在根路徑成本和發(fā)送網(wǎng)橋ID都相同的情況下，有最低優(yōu)先級的端口將為 vlan 轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀對應(yīng)基于CLI的命令的交換機(jī)，可能的端口優(yōu)先級別范圍為063, 缺 省為3 2.基于IOS的交換機(jī)端口的優(yōu)先級別范圍是02 5 5, 缺省為128.spanning-tree vlan vlan-id port-priority priority值no spanning-tree vlan vlan id port-priority1config terminal（進(jìn)入配置

22、模式）2 in terface in terface-id （ 進(jìn)入端口配置模式）3 spanning-tree vlan vlan-id port-priority值4 end5 show spanning-tree interface interface-id detail6 write6修改生成樹計(jì)時(shí)器使用缺省的STP計(jì)時(shí)器配置，從一條鏈路失效到另一條接替，需要花費(fèi)50秒.這可能使網(wǎng)絡(luò)存取被耽誤，從而引起超時(shí)，不能阻止橋接回路的產(chǎn)生，還會(huì)對某些協(xié)議的應(yīng)用產(chǎn)生不良影響，會(huì)引起連接、會(huì)話或數(shù)據(jù)的丟失。精品文檔精品文檔接到一臺(tái)交換機(jī)上。某些情況下，缺省的STP的計(jì)時(shí)器值對于HSRP而言過 長，會(huì)引起“活動(dòng)”路由器的選擇的錯(cuò)誤。1修改HELLO時(shí)間spanning-tree vlan vlan-id he