2021-07-21

生成树的含义：

生成树：在一个二层交换网络中，逻辑地阻塞部分接口，使根到所有节点存在唯一最短路径；当最短路径故障时，自动疏通部分接口以保障网络通畅并实现链路备份

生成树在生成的过程中，应该尽量生成一棵星型结构，且最短路径树

生成树产生的原因：

众所周知，企业在设计网络拓扑的时候一般存在四种冗余（也就是备份），分别是线路冗余，设备冗余，网关冗余和电源冗余。

其中，线路冗余在三层架构中一般会存在环路问题，为了避免这个现象产生，就有了生成树这个概念。

在二层网络环境中，出现环路的问题也是比较严重的：

广播风暴；

MAC地址表翻滚；

同一数据帧重复拷贝；

生成树的功能：

生成树协议：在一个二层交换网络中，逻辑地阻塞部分接口；当最短路径发生故障的时候，会自动地打开部分接口，以实现链路备份。

在线路冗余的过程中，难免会出现环路的现象，生成树的存在，会阻塞部分远离根网桥的接口来将原本可怕的环路变成普通的星型结构。这样一来，既能使链路实现冗余备份，也可以避免环路的出现

生成树的工作原理

生成树在工作时存在1种帧、4种角色和5种接口状态

四种角色：根网桥、根端口、指定端口、非指定端口

生成树的报头：桥协议数据单元（BPDU）；

五种状态：DOWN、侦听、学习、转发、阻塞

首先来谈BPDU，作为生成树唯一类型的报头，BPDU承载了所有交换机需要的东西，可谓是“既要当爹又要当妈”

BPDU只有根网桥可以发送，在最开始阶段，所有交换机都定义本地是根网桥，进行BPDU的发送，使得网络中所有交换机均收到来自其他设备发送的BPDU，之后基于参数进行对比，选举出根网桥；选举结束后所有非根网桥不再进行发送，只有根网桥周期性地发送。周期为2秒。

TCN——拓扑变更信息，也是BPDU，用于在拓扑结构发生变化或者本地交换机发生故障的时候，为了快速通知其他路由器以更新MAC表，向其发送TCN。邻居交换机收到TCN包后，将ACK位标记为回复，用于可靠消息的传输，再将TCN逐级转发给根网桥，并等待根网桥的通知，所有交换机MAC表的老化时间改为15s

四种角色：

根网桥：在一棵生成树实例中，有切仅有一个根网桥，用于BPDU的发送，指挥和管理其余交换机，它是整棵树的根，二层网络的核心部分
 
根网络的选举：首先比较交换机的BID优先级，小者优先，默认都是32768，可修改；
 
若优先级相同，比较其MAC地址，小者优先
 
 
 
根端口：在每一个非根网桥中，有且仅有一个根端口，离根网桥最近的接口，用于接收根网桥的BPDU和转发TCN
 
选举规则：首先比较流量进入接口时的最小cost值；
 
其次比较对端的BID，小者优先；
 
若对端BID也相同，比较对端接口的PID，小者优先；
 
PID由接口优先级和接口编号组成，先比较接口优先级，小者优先
 
 
 
指定端口：在生成树中的每一条物理链路中存在一个指定端口，用于转发根网桥的BPDU和转发终端设备的数据帧，根网桥的每一个端口都是根端口，根端口的对端一定是指定端口
 
指定端口的选举：首先比较向根端口转发时出接口的最短cost值，小者优先；
 
其次比较两个接口所在交换机的BID，小者优先；
 
若本地BID相同，比较接口的PID（前面已介绍）；
 
若PID也相同，直接阻塞该端口。
 
 
 
非指定端口：在选举完以上角色之后，剩余的端口均为非指定端口，并将其逻辑阻塞（该接口只能接收不能转发数据）

5种生成树的比较：

名称	公开性	特点	优缺点
802.1D	公开	世界上第一种生成树，后续的 生成树都是在其基础上改进	收敛速度很慢； 链路利用率很低
PVST	CISCO私有	在802.1D的基础上升级，基于 VLAN分成不同的树 仅支持trunk干到为ISL	收敛速度依然很慢； 生成树过多，对交换机负担较大
PVST+	公开	在PVST的基础上，支持802.1q trunk封装；对接入层和骨干加 速，省去20s的holdtime	收敛速度慢； 生成树多；
RSTP	公开	公有的为802.1w，在原来的 PVST+上进一步改进，取消计时器，分段式同步，将端口加速	收敛速度快； 整个交换网络一棵树，链路利用率低
MSTP	公开	华为现在使用的生成树，也叫802.1s，继承了快速生成树的基础，将多个vlan放在一个组内	收敛速度快； 链路利用率高；

生成树的配置（华为）：

分组
[sw1]stp enable 
[sw1]stp region-configuration 
[sw1-mst-region]region-name a    所有设备应在一个域内
[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）
 
 
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
 
 
注意：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