生成樹協(xié)議筆記(STP)

生成樹協(xié)議（STP）冗余鏈路：冗余連接可以防止網(wǎng)絡(luò)中的單點(diǎn)失效的問題；冗余連接也導(dǎo)致了交換回路的出現(xiàn)。交換回路引發(fā)的問題：廣播風(fēng)暴；同一幀的多拷貝；不穩(wěn)定的MAC地址表。STP介紹：通過阻塞一個(gè)或多個(gè)冗余端口，維護(hù)一個(gè)無回路的網(wǎng)絡(luò)（IEEE802.1d）工作過程：運(yùn)行生成樹算法STA）的交換機(jī)定期發(fā)送BPDU；選取唯一一個(gè)根網(wǎng)橋；在每個(gè)非根網(wǎng)橋選取唯一一個(gè)根端口；在每網(wǎng)段選取唯一一個(gè)標(biāo)志端口。選舉順序：橋優(yōu)先級 低者勝（默認(rèn)都是32768）橋MAC地址低者勝，SW2勝出選出根橋，然后開始選根端口根端口其他非根橋交換機(jī)中距根交換機(jī)cost最小的勝出根橋的所有端口都是根端口（自己到自己的距離當(dāng)然最近）開始選舉非指定端口非指定端口選舉端口優(yōu)先級（默認(rèn)都是128）低者勝出⑤端口Cost（10G為1，1G為4，100M為19，10M為100）低者勝出鄰居的MAC地址低者勝出端口序號 低者勝出非指定端口 即不是根端口也不是指定端口即為非指定端口，狀態(tài)為BLK這樣為什么下面這張圖中SW2的Fa0/（比較至第6步和SW4的F0/4（比較至第7步）會成為非指定端口的原因就明白了。（1）.選取唯——個(gè)根網(wǎng)橋：BPDU中包含BridgeIDBridgeID（8B）=優(yōu)先級（2B）+交換機(jī)MAC地址（6B）；一些交換機(jī)的優(yōu)先級默認(rèn)為32768，可以修改；優(yōu)先級值最小的成為根網(wǎng)橋；優(yōu)先級值最小的成為根網(wǎng)橋；優(yōu)先級值相同，MAC地址最小的成為根網(wǎng)橋；BridgeID值最小的成為根網(wǎng)橋；根網(wǎng)橋缺省每2秒發(fā)送一次BPDU；.在每個(gè)非根網(wǎng)橋選取唯一一個(gè)根端口：根網(wǎng)橋上沒有根端口；端口代價(jià)最小的成為根端口；端口代價(jià)相同，PortID最小端口的成為端口；PortID通常為端口的MAC地址；MAC地址最小的端口成為根端口；.在每網(wǎng)段選取唯一一個(gè)標(biāo)志端口：端口代價(jià)最小的成為標(biāo)識端口；根網(wǎng)橋端口到各網(wǎng)段的代價(jià)最??；通常只有根網(wǎng)橋端口成為標(biāo)識端口；被選定為根端口和標(biāo)識端口的進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)；落選端口進(jìn)入阻塞狀態(tài)，只偵聽BPDU；.阻塞端口在指定的時(shí)間間隔(缺省20秒)收不到BPDU時(shí)，會重新運(yùn)行生成樹算法進(jìn)行選舉；缺點(diǎn)：在運(yùn)行生成樹算法的過程中，網(wǎng)絡(luò)處理阻斷狀態(tài)，所有端口都不進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。計(jì)算過程缺省為50秒。生成樹相關(guān)的幾個(gè)概念STP/RSTP/MSTPSTP：IEEEStd802.1D-1998定義，不能快速遷移。即使是在點(diǎn)對點(diǎn)鏈路或邊緣端口，也必須等待2倍的forwarddelay的時(shí)間延遲，網(wǎng)絡(luò)才能收斂。RSTP：IEEEStd802.1w定義，可以快速收斂，卻存在以下缺陷：局域網(wǎng)內(nèi)所有網(wǎng)橋共享一棵生成樹，不能按vlan阻塞冗余鏈路。MSTP可以彌補(bǔ)這樣缺陷，它允許不同vlan的流量沿各自的路徑分發(fā)，從而為冗余鏈路提供了更好的負(fù)載分擔(dān)機(jī)制。MSTP：MultipleSpanningTreeProtocol多生成樹協(xié)議在規(guī)范IEEEStd802.1s中第13節(jié)描述。MSTP算法通過應(yīng)用MSTP、STP或RSTP的橋任意互連的橋接網(wǎng)絡(luò)，為分配給任一個(gè)特定VLAN的幀提供了簡單而完備的連通性。MSTP允許不同VLAN的數(shù)據(jù)從各自的路徑分發(fā)。各條路徑建立在由LAN和MST橋組成的MST域中的各個(gè)獨(dú)立的多生成樹實(shí)例的基礎(chǔ)上。當(dāng)STP和RSTP混用當(dāng)STP和RSTP混用時(shí)，STP會丟棄RSTP的BPU，當(dāng)RSTP收到STP的BPDU的時(shí)候會在經(jīng)過一個(gè)hello周期后（防止端口頻繁切換），適配未STP模式！當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中支持STP的設(shè)備被拿走后，RSTP的設(shè)備不會自動切換為RSTP狀態(tài)，因?yàn)樵O(shè)備不能察覺這種情況！MSTP和PVST的區(qū)別!PVST會為每一個(gè)VLAN維護(hù)一個(gè)STP的進(jìn)程，發(fā)送BPUD，但是會給交機(jī)和鏈路帶來很大的負(fù)擔(dān)!但是在實(shí)際組網(wǎng)中并不需要為每個(gè)VLAN生成獨(dú)立的VLAN,可以給一組VLAN采用相同的STP！因此MSTP，對此進(jìn)行了改進(jìn)！提出了region的概念！詳細(xì)可以參考RFC!MSTP和RSTP的互通MSTP上存在一個(gè)1ST(InternalSpanningTree)，相當(dāng)于一個(gè)RSTP的進(jìn)程，通過該IST和其它RSTP設(shè)備互通！整個(gè)MSTP的Region對于CST(CommonSpanningTree)來說是一個(gè)虛擬的交換機(jī)！之前說過:STP的任務(wù)就是查找出網(wǎng)絡(luò)中的所有連接并關(guān)閉些會造成循環(huán)的冗余連接.STP首先選舉1個(gè)根橋，用來對網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)做決定.當(dāng)所有的switches認(rèn)同了選舉出來的根橋后,所有的bridge開始查找根端口.假如在switches之間有許多連接,只能有1個(gè)端口作為指定端口SelectingtheRootBridgebridgeID用來在STP域里選舉根橋和決定根端口這個(gè)ID是8字節(jié)長,包含優(yōu)先級和設(shè)備的MAC地址,IEEE版本的STP的默認(rèn)優(yōu)先級是32768.決定誰是根橋，假如優(yōu)先級一樣，那就比較MAC地址,MAC地址小的作為根橋SelectingtheDesignatedPort假如不止1個(gè)連接到根橋，那就開始比較端口耗費(fèi),耗費(fèi)低的作為根端口,下面是一些典型的耗費(fèi)標(biāo)準(zhǔn):1.10Gbps:12.1Gbps:43.100Mbps:194.10Mbps:100Spanning-TreePortStates運(yùn)行STP的bridges和switches的5種狀態(tài):堵塞(blocking):不轉(zhuǎn)發(fā)幀,只接受BPDUs,主要目的是防止循環(huán)的產(chǎn)生.默認(rèn)情況下，當(dāng)switch啟動時(shí)所有端口均為blocking狀態(tài)，一般為20s監(jiān)聽(listening)端口接受和發(fā)送BPDUs監(jiān)聽數(shù)據(jù)幀，不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，來決定在傳送數(shù)據(jù)幀之前沒有循環(huán)會發(fā)生，一般為15s學(xué)習(xí)(learning):監(jiān)聽BPDUs和學(xué)習(xí)所有路徑，學(xué)習(xí)MAC地址表，不轉(zhuǎn)發(fā)幀，一般為15s轉(zhuǎn)發(fā)(forwarding)轉(zhuǎn)發(fā)和接收數(shù)據(jù)幀，讀取MAC地址，更新橋的CAM表。禁用(disabled):不參與幀的轉(zhuǎn)發(fā)和STP,一般在這個(gè)狀態(tài)的都是不可操作的生成樹資料交換機(jī)內(nèi)的生成樹算法(STA)使你可以創(chuàng)建一條備用鏈路(當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中存在多臺交換機(jī)時(shí))。在主鏈路正常工作時(shí)，備用鏈路處于空閑狀態(tài)(不工作)；只有在主鏈路出現(xiàn)問題時(shí)，備用鏈路才不需要任何人工干預(yù)自動地接替主鏈路。這種自動重構(gòu)的功能，使得網(wǎng)絡(luò)上的用戶能夠最大限度地與網(wǎng)絡(luò)保持正常的連接。生成樹算法較復(fù)雜，所以，建議最好在充分研究理解其之后，再更改其一些設(shè)置。請仔細(xì)閱讀并理解下述內(nèi)容之后，再去更改交換機(jī)上的生成樹的默認(rèn)設(shè)置。網(wǎng)絡(luò)環(huán)路的偵測和預(yù)防(Networkloopdetectionandprevention):任何兩個(gè)局域網(wǎng)之間應(yīng)該只有一條路徑，否則，網(wǎng)絡(luò)中將出現(xiàn)環(huán)路。如果存在著多于一條的路徑，那么生成樹算法將會偵測到環(huán)路的發(fā)生，并自動選擇開銷值(cost)最低的那條路徑作為可使用的路徑主鏈路)，而阻斷其它路徑，將它們作為備用路徑(備用鏈路:。自動拓?fù)渲貥?gòu)(Automatictopologyre-configuration)：當(dāng)主鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，生成樹算法將自動啟用備用鏈路，重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。生成樹的級別(STAOperationLevels)生成樹有兩種工作級別:橋級別(bridgelevel)和端口級別(portlevel):在橋一級上，生成樹算法為每臺交換機(jī)計(jì)算橋的標(biāo)志級數(shù)(BridgeIdentifier)，然后設(shè)定根橋(RootBridge)和指定橋(DesignatedBridges)。而在端口一級上，生成樹算法設(shè)定根端口RootPort)和指定端口(DesignatedPorts):詳述如下：在橋一級上（OntheBridgeLeveD:根橋(RootBridge)：具有最小橋標(biāo)志級數(shù)的(lowestBridgeIdentifier)交換機(jī)是根橋(RootBridge)。當(dāng)然，你希望根橋是環(huán)路中所有交換機(jī)當(dāng)中最好的一臺(交換機(jī))，以保證能夠提供最好的網(wǎng)絡(luò)性能和可靠性。橋標(biāo)志級數(shù)(BridgeIdentifier)：橋標(biāo)志級數(shù)是橋的優(yōu)先級(BridgePriority)和交換機(jī)的MAC地址的綜合數(shù)值，其中橋的優(yōu)先級(BridgePriority)是一個(gè)你可以設(shè)定的參數(shù)。例如“40080C8000100'中的“4”是橋的優(yōu)先級，“0080C8000100'是交換機(jī)的MAC地址。交換機(jī)的橋標(biāo)志級數(shù)越低，則交換機(jī)的優(yōu)先級越高，這樣可以增加其成為根橋的可能性。指定橋(DesignatedBridge):在每個(gè)網(wǎng)段中，到根橋(RootBridge)的路徑開銷最低的(lowestRootPathCost)橋?qū)⒊蔀橹付?DesignatedBridge),數(shù)據(jù)包將通過它轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)段。一旦所有的交換機(jī)具有相同的根路徑開銷(RootPathCost),那么具有最低的橋標(biāo)志級數(shù)的(lowestBridgeIdentifier)交換機(jī)才會被定為指定橋(DesignatedBridge)。根路徑開銷(RootPathCost)：一臺交換機(jī)的根路徑開銷(RootPathCost)是根端口(RootPort)的路徑開銷(PathCost)與數(shù)據(jù)包經(jīng)過的所有交換機(jī)的根路徑開銷(RootPathCost)之和。根橋(RootBridge)的根路徑開銷(RootPathCost)是零。橋的優(yōu)先級(BridgePriority):是一個(gè)用戶可以設(shè)定的參數(shù)。設(shè)定的值越小，優(yōu)先級越高。交換機(jī)具有越高的優(yōu)先級，才越有可能成為根橋。在端口一級上(OnthePortLevel)：根端口(RootPort)：每臺交換機(jī)都有一個(gè)根端口(RootPort)，這個(gè)端口到根橋的路徑開銷最低。一旦多個(gè)端口具有相同的到根橋的路徑開銷時(shí)，那么具有最低的端口標(biāo)志級別的才會成為根端口。指定端口(DesignatedPort):指定端口就是指定橋(DesignatedBridge)上的端口。端口優(yōu)先級(PortPriority)：數(shù)值越小，端口的優(yōu)先級就越高。具有越高端口優(yōu)先級，才越有可能成為根端口。路徑開銷(PathCost)：這是一個(gè)可變的參數(shù)，它將隨著生成樹中的設(shè)定值的變化而變化。依據(jù)STA的默認(rèn)參數(shù)值，每個(gè)1000Mbps網(wǎng)段有一個(gè)指定的路徑開銷值為4，100Mbps網(wǎng)段的路徑開銷值19，10Mbps網(wǎng)段的路徑開銷值100。生成樹參數(shù)(STAParameters)生成樹的參數(shù)用戶可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行修改，但是建議最好使用出廠時(shí)的默認(rèn)設(shè)置。除非確實(shí)需要對出廠設(shè)置值進(jìn)行變動時(shí)，再去改動默認(rèn)值。用戶可以改動的生成樹參數(shù)有如下幾個(gè)：橋優(yōu)先級(BridgePriority)：數(shù)值范圍從0到65535。“0”的優(yōu)先級最高。呼叫時(shí)間(BridgeHelloTime)：數(shù)值范圍從1秒到10秒。是指根橋向其它所有交換機(jī)發(fā)出BPDU數(shù)據(jù)包的時(shí)間間隔，以告知其它所有交換機(jī)它是根橋。如果你的交換機(jī)還未是根橋時(shí)為其設(shè)置了呼叫時(shí)間，那么，一旦你的交換機(jī)成為根橋，該呼叫時(shí)間就會派上用處。注意：呼叫時(shí)間不能大于橋的最大老化時(shí)間(Max.Age)，否則，將出現(xiàn)錯(cuò)誤信息。最大的橋老化時(shí)間(BridgeMax.Age)：數(shù)值范圍從6秒到40秒。如果在超出最大老化時(shí)間之后，還沒有收到根橋發(fā)出的BPDU數(shù)據(jù)包，那么，在允許的條件下你的交換機(jī)將充當(dāng)根橋向其它所有的交換機(jī)發(fā)出BPDU數(shù)據(jù)包。如果交換機(jī)確實(shí)具有最小的橋標(biāo)志級數(shù)，那么，它將隨之成為根橋。橋轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延(Bri