STP 资料

了解生成树协议

1.STP:bridges之间交换BPDU信息来检测循环,并通过关闭接口的方式来破坏循环
　　2.根桥(root bridge):拥有最好的bridge ID即为根桥,网络中的一些诸如哪些端口被堵塞(block)哪些端口作为转发模式的决定都由根桥来决定
　　3.BPDU:Bridge Protocol Data Unit,所有的switches通过交换这些信息来选择根switch
　　4.bridge ID:用于STP跟踪网络中的所有switches,这个ID由bridge优先级(priority)和MAC地址符合而成,优先级默认为32768,ID最低的即为根桥
　　5.非根桥(nonroot bridge):不是根桥的全为非根桥,非根桥交换BPDUs来更新STP拓扑数据库
　　6.根端口(root port):与根桥直接相连的端口,或者是到根桥最短的接口.如果到根桥的连接不止1条,将比较每条连接的带宽,耗费(cost)低的作为根端口;如果耗费相同就比较bridge ID,ID低的将被选用
　　7.指定端口(designated port):耗费低的端口,作为转发端口
　　8.端口耗费(port cost):带宽来决定
　　9.非指定端口(nondesignated port):耗费较高,为堵塞模式(blocking mode),即不转发帧
　　10.转发端口(forwarding port):转发端口用来转发帧
　　11.堵塞端口(blocked port):不转发帧,用来防止循环的产生,虽然不转发,但是它可以监听(listen)帧

　　Spanning Tree Operations

　　之前说过:STP的任务就是查找出网络中的所有连接,并关闭些会造成循环的冗余连接.STP首先选举1个根桥,用来对网络中的拓扑结构做决定.当所有的switches认同了选举出来的根桥后,所有的bridge开始查找根端口.假如在switches之间有许多连接,只能有1个端口作为指定端口

　　Selecting the Root Bridge

　　bridge ID用来在STP域里选举根桥和决定根端口,这个ID是8字节长,包含优先级和设备的MAC地址,IEEE版本的STP的默认优先级是32768.决定谁是根桥,假如优先级一样,那就比较MAC地址,MAC地址小的作为根桥

　　Selecting the Designated Port

　　假如不止1个连接到根桥，那就开始比较端口耗费,耗费低的作为根端口,下面是一些典型的耗费标准:
　　1.10Gbps:2
　　2.1Gbps:4
　　3.100Mbps:19
　　4.10Mbps:100

　　Spanning-Tree Port States

　　运行STP的bridges和switches的5种状态:
　　1.堵塞(blocking):不转发帧,只接受BPDUs,主要目的是防止循环的产生.默认情况下,当switch启动时所有端口均为blocking状态，一般为20s
　　2.监听(listening):端口接受和发送BPDUs监听数据帧,不转发数据帧，来决定在传送数据帧之前没有循环会发生，一般为15s
　　3.学习(learning):监听BPDUs和学习所有路径,学习MAC地址表,不转发帧，一般为15s
　　4.转发(forwarding):转发和接收数据帧，读取MAC地址，更新桥的CAM表。
　　5.禁用(disabled):不参与帧的转发和STP,一般在这个状态的都是不可操作的

 

生成树”资料
交换机内的生成树算法(STA)使你可以创建一条备用链路（当网络中存在多台交换机时）
。在主链路正常工作时，备用链路处于空闲状态（不工作）；只有在主链路出现问题时
，备用链路才不需要任何人工干预自动地接替主链路。这种自动重构的功能，使得网络
上的用户能够最大限度地与网络保持正常的连接。生成树算法较复杂，所以，建议最好
在充分研究理解其之后，再更改其一些设置。请仔细阅读并理解下述内容之后，再去更
改交换机上的生成树的默认设置。
网络环路的侦测和预防（Network loop detection and prevention）：任何两个局域网
之间应该只有一条路径，否则，网络中将出现环路。如果存在着多于一条的路径，那么
生成树算法将会侦测到环路的发生，并自动选择开销值（c ost）最低的那条路径作为可
使用的路径（主链路），而阻断其它路径，将它们作为备用路径（备用链路）。
自动拓扑重构（Automatic topology re-configuration）：当主链路出现故障时，生成
树算法将自动启用备用链路，重构网络结构。
生成树的级别（STA Operation Levels）
生成树有两种工作级别：桥级别（bridge level）和端口级别（port level）。在桥一
级上，生成树算法为每台交换机计算桥的标志级数（Bridge Identifier），然后设定根
桥（Root Bridge）和指定桥（Designated Bridges）。而在端口一级上，生成树算法设
定根端口（Root Port）和指定端口（Designated Ports）。详述如下：
在桥一级上（On the Bridge Level）：
根桥（Root Bridge）：具有最小桥标志级数的（lowest Bridge Identifier）交换机是
根桥（Root Bridge）。当然，你希望根桥是环路中所有交换机当中最好的一台（交换机
），以保证能够提供最好的网络性能和可靠性。
桥标志级数（Bridge Identifier）：桥标志级数是桥的优先级（Bridge Priority）和
交换机的MAC地址的综合数值，其中桥的优先级（Bridge Priority）是一个你可以设定
的参数。例如，“4 00 80 C8 00 01 00”中的“4”是桥的优先级，“00 80 C8 00 01
00”是交换机的MAC地址。交换机的桥标志级数越低，则交换机的优先级越高，这样可
以增加其成为根桥的可能性。
指定桥（Designated Bridge）：在每个网段中，到根桥（Root Bridge）的路径开销最
低的（lowest Root Path Cost）桥将成为指定桥（Designated Bridge），数据包将通
过它转发到网段。一旦所有的交换机具有相同的根路径开销（Root Path Cost），那么
具有最低的桥标志级数的（lowest Bridge Identifier）交换机才会被定为指定桥（De
signated Bridge）。
根路径开销（Root Path Cost）：一台交换机的根路径开销（Root Path Cost）是根端
口（Root Port）的路径开销（Path Cost）与数据包经过的所有交换机的根路径开销（
Root Path Cost）之和。根桥（Root Bridge）的根路径开销（Root Path Cost）是零。

桥的优先级（Bridge Priority）：是一个用户可以设定的参数。设定的值越小，优先级
越高。交换机具有越高的优先级，才越有可能成为根桥。
在端口一级上（On the Port Level）：
根端口（Root Port）：每台交换机都有一个根端口（Root Port），这个端口到根桥的
路径开销最低。一旦多个端口具有相同的到根桥的路径开销时，那么具有最低的端口标
志级别的才会成为根端口。
指定端口（Designated Port）：指定端口就是指定桥（Designated Bridge）上的端口
。
端口优先级（Port Priority）：数值越小，端口的优先级就越高。具有越高端口优先级
，才越有可能成为根端口。
路径开销（Path Cost）：这是一个可变的参数，它将随着生成树中的设定值的变化而变
化。依据STA的默认参数值，每个1000Mbps网段有一个指定的路径开销值为4 ，100Mbps
网段的路径开销值19，10Mbps网段的路径开销值100。
生成树参数（STA Parameters）
生成树的参数用户可以根据自己的需要进行修改，但是建议最好使用出厂时的默认设置
。除非确实需要对出厂设置值进行变动时，再去改动默认值。用户可以改动的生成树参
数有如下几个：
桥优先级（Bridge Priority）：数值范围从0到65535。“0”的优先级最高。
呼叫时间（Bridge Hello Time）：数值范围从1秒到10秒。是指根桥向其它所有交换机
发出BPDU数据包的时间间隔，以告知其它所有交换机它是根桥。如果你的交换机还未是
根桥时为其设置了呼叫时间，那么，一旦你的交换机成为根桥，该呼叫时间就会派上用
处。
注意：呼叫时间不能大于桥的最大老化时间（Max. Age），否则，将出现错误信息。
最大的桥老化时间（Bridge Max. Age）：数值范围从6秒到40秒。如果在超出最大老化
时间之后，还没有收到根桥发出的BPDU数据包，那么，在允许的条件下你的交换机将充
当根桥向其它所有的交换机发出B PDU数据包。如果交换机确实具有最小的桥标志级数，
那么，它将随之成为根桥。
桥转发时延（Bridge Forward Delay）：数值范围从4秒到30秒。是指交换机的端口从阻
塞状态转为转发状态所用的监听时间。
当你欲变动生成树参数时，请一定记住下述公式：
最大的桥老化时间≤ 2 x（桥转发时延 – 1秒）
即：Max. Age ≤ 2 x (Forward Delay - 1 second)
最大的桥老化时间≥ 2 x（呼叫时间 + 1秒）
即：Max. Age ≥ 2 x (Hello Time + 1 second)
端口优先级（Port Priority）：数值范围从0到255。数值越小，那么该端口越可能成为
根端口。 

 

 

 

 

 

 

 

生成树协议（STP）
1. 冗余链路：冗余连接可以防止网络中的单点失效的问题；冗余连接也导致了交换回路的出现。
2. 交换回路引发的问题：广播风暴；同一帧的多拷贝；不稳定的MAC地址表。
3. STP介绍：通过阻塞一个或多个冗余端口，维护一个无回路的网络（IEEE802.1d）
4. 工作过程：运行生成树算法（STA）的交换机定期发送BPDU；选取唯一一个根网桥；在每个非根网桥选取唯一一个根端口；在每网段选取唯一一个标志端口。
(1). 选取唯一一个根网桥：BPDU中包含Bridge ID；Bridge ID（8B）＝优先级（2B）＋交换机MAC地址（6B）；一些交换机的优先级默认为32768，可以修改；优先级值最小的成为根网桥；优先级值最小的成为根网桥；优先级值相同，MAC地址最小的成为根网桥；Bridge ID值最小的成为根网桥；根网桥缺省每2秒发送一次BPDU；
(2). 在每个非根网桥选取唯一一个根端口：根网桥上没有根端口；端口代价最小的成为根端口；端口代价相同，Port ID最小端口的成为端口；Port ID通常为端口的MAC地址；MAC地址最小的端口成为根端口；
(3). 在每网段选取唯一一个标志端口：端口代价最小的成为标识端口；根网桥端口到各网段的代价最小；通常只有根网桥端口成为标识端口；被选定为根端口和标识端口的进行转发状态；落选端口进入阻塞状态，只侦听BPDU；
(4). 阻塞端口在指定的时间间隔（缺省20秒）收不到BPDU时，会重新运行生成树算法进行选举；缺点：在运行生成树算法的过程中，网络处理阻断状态，所有端口都不进行转发。计算过程缺省为50秒。

 

 

生成树相关的几个概念STP/RSTP/MSTP

STP：IEEE Std 802.1D-1998定义，不能快速迁移。即使
是在点对点链路或边缘端口，也必须等待2倍的forward delay
的时间延迟，网络才能收敛。

RSTP：IEEE Std 802.1w定义，可以快速收敛，却存在以
下缺陷：
局域网内所有网桥共享一棵生成树，不能按vlan
阻塞冗余链路。

MSTP可以弥补这样缺陷，它允许不同vlan的流量
沿各自的路径分发，从而为冗余链路提供了更好的
负载分担机制。

MSTP：
Multiple Spanning Tree Protocol
多生成树协议
在规范IEEE Std 802.1s中第13节描述。
MSTP算法通过应用MSTP、STP或RSTP的桥任意互连的桥接网络，为分配给任一个特定VLAN的帧提供了简单而完备的连通性。
MSTP允许不同VLAN的数据从各自的路径分发。各条路径建立在由LAN和MST桥组成的MST域中的各个独立的多生成树实例的基础上。 

 

当STP和RSTP混用

当STP和RSTP混用时，STP会丢弃RSTP的BPU，当RSTP收到STP的BPDU的时候会在经过一个hello周期后（防止端口频繁切换），适配未STP模式！

当网络中支持STP的设备被拿走后，RSTP的设备不会自动切换为RSTP状态，因为设备不能察觉这种情况！ 

MSTP和PVST的区别！

PVST会为每一个VLAN维护一个STP 的进程，发送BPUD，但是会给交换机和链路带来很大的负担！

但是在实际组网中并不需要为每个VLAN生成独立的VLAN，可以给一组VLAN采用相同的STP！
因此MSTP，对此进行了改进！提出了region的概念！
详细可以参考RFC！ 

 

MSTP和RSTP的互通

MSTP上存在一个IST（Internal Spanning Tree）,相当于一个RSTP的进程，通过该IST和其它RSTP设备互通！整个MSTP的Region 对于CST（Common Spanning Tree）来说是一个虚拟的交换机！