网络工程师修练指北---STP（Spanning Tree Protocol）

已于 2025-04-01 09:47:10 修改
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分类专栏： 网络 网络工程师修练指北 HCIE 文章标签： 网络 服务器 运维
于 2025-04-01 01:36:26 首次发布
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网络工程师修练指北—STP（Spanning Tree Protocol）

Hello哇，欢迎来到《网络工程是修练指北系列》，今天我们接着上一篇VLAN的内容，继续为大家介绍网络交换二层技术中另一个重要的内容—STP

一口小酒🍸，一首歌📻，阿轩带你修成XIAN！

上一篇中我们讲到，通过VLAN的技术可以实现交换机之间通过一根线缆能够实现所有VLAN间的通信。

那么大家有没有想过一个问题，就是如果我这根线缆出现了故障，那是否就意味着我所有的通信就中断了呢？那么我又没有什么方法避免呢？

有的人可能就会说了，那可以再接一根线，这样一根线断了的话另一根还在。

没错，这确实是一个好办法，但是有没有想过这样的一个问题呢：

如图：

image-20250401010115976

我们说交换机是工作在二层的，他们之间的通信和信息的宣告是通过ARP广播报文来实现的.

假设现在A和B都是两个全新的交换机；

那么当交换机刚开机的时候，我们以交换机A为例，首先它看到的是我在0/3接口上对应的一个11的地址，然后我发送广播，架设从0/1发送，那么B接收，并查看MAC地址表，这个时候发现B上面是没有MAC地址表的，所有我接收完成后会再发送广播，这个广播将从0/1和0/3发送；

这个时候A将从0/2接收到B发送的广播报文，那A就会产生疑惑，为什么我之前记录的是11对应的是从0/3过来的，现在变成了0/2？

那这个时候是不是就产生了环路呢？

这其实就是我们所说的二层环路，二层环路是一件很危险的事情的，二层的环路会带来广播风暴，大量的广播风暴会使交换机高负荷工作，轻则设备宕机，严重的甚至会造成设备过温，烧坏硬盘，配置丢失

那么我们有没有一种技术，既能够避免二层环路的产生，又能够支持我接入多条链路为主用链路做备份呢？

这其实就是STP协议出现的初衷

STP的好处

讲到这里，其实我们能够很清楚的看到，STP的好处就是避免二层网络出现环路，避免二层网络中的广播风暴的产生

STP的工作原理

其实STP的工作原理就是在逻辑上把交换机中的一个端口断开，防止环路的产生，当主用链路故障的时候，会将这个端口自动启起来，开启备用链路，恢复通信（不要指望能够很快，这个后面应该会讲到—如果没有喝多的话）

STP的算法

那么STP是如何工作呢？STP的工作大致遵循下面的几个步骤：

首先STP需要选择根网桥；

其次选择根端口；

第三选择指定端口；

最后将其余端口逻辑down掉。

接下来我们依次来讲解每个步骤的工作内容和规则

选择根网桥

生成树协议，你就想象成有一棵树，有树的话就必须要有根

那么这个根要如何定义呢，主要是遵循以下规则：选择根网桥ID最小的作为根

那么什么是根网桥ID呢？

网桥ID即BID（Bridge ID），是由网桥优先级+网桥MAC组成的。

网桥优先级的取值范围为0-61440，默认值是32768，所以一般没有特殊设定的话我们在选取根的时候是选择网桥MAC地址最小的，当然优先级是能够手动指定的。

手动配置的话需要遵循以下几点：

  1. 必须是2的整数倍
  2. 必须是16的证书倍
  3. 最小值是4096

因此常用的优先级为4096/8192/24576/32768

选择根端口

选择完根网桥后，需要选择根端口。

根端口是用来做什么的呢？

根端口是用来接收从根过来的消息的端口，所以必须是要在非根网桥上去进行选择，并且选择一个到达根最近的端口作为根端口

根端口的选择遵循以下顺序：

  1. 最低的到达根网桥的路径开销，带宽越高，开销越小，如果开销值一致，则进行下一步比较；
  2. 最低的发送方网桥ID，如果一样，则进行下一步比较；
  3. 最低的端口优先级，端口优先级的取值范围是0-240，默认是128，如果一致则进行下一步比较；
  4. 发送方最低的端口ID，每个端口都有端口ID，端口ID由端口优先级+端口编号组成

选择指定端口

指定端口是指用来传递消息的端口

首先需要确认的一点就是，根网桥上的所有端口都是指定端口。

这个应该就很好理解了，根网桥，所有的端口肯定都要传递数据转发数据帧的，总不至于把根都切断了吧（断。。。。根。。。。。断子绝孙？😱👀）

所以指定端口是在非根网桥上进行选择的，需要遵循以下四步：

  1. BPDU中的根网桥ID
  2. 到达根网桥的最低开销
  3. 发送方的网桥ID
  4. 若优先级相同则选择最低MAC地址

BPDU

那么在STP协议中，端口的变化，或者说选举过程中的数据包和信息又要通过什么来传递呢？

STP的信息其实是通过BPDU来传递的，我们可以将BPDU理解为信息的载体，将需要比较的信息来进行传递和交换

BPDU是通过组播来传递的，组播地址为01-80-C2-00-00-00

BPDU其实分为两种：

  1. 配置BPDU，用于首次生成树的计算
  2. 拓扑变更BPDU（TCN BPDU），用于通告网络拓扑的变化

在一个二层网络中，不太可能说是不限制整个网络的大小的，所以在BPDU中由一个参数叫Message Age，从根出来的Message Age的值为0，每经过一个交换机，该值加一，默认的最大值为20，当Message Age的值达到Max Age值的时候，非根网桥将丢弃该配置BPDU

image-20250401001925888

那么前面我们说了STP的作用主要是将端口逻辑Down掉，那么其实在STP中有以下几种端口状态：

端口状态

  1. 禁用状态，Disable，不发送不接收BPDU，不学习MAC，不转发
  2. 阻塞，Discarding，不发送BPDU，但接收BPDU，不学习MAC，不转发数据
  3. 侦听，Listening，发送和接收BPDU，不学习MAC，不转发数据
  4. 学习，Learning，学习MAC，发送和接收BPDU
  5. 转发，Forwarding，发送和接收BPDU，学习MAC地址，转发数据

侦听和学习称为中间态，是端口状态变化的中间状态

image-20250401004753857

根据上图，我们知道，端口从阻塞状态变为转发状态总共需要50秒的时间，也就是前面讲的当主用链路故障的时候，会将这个端口自动启起来，开启备用链路，恢复通信所需要的时间

实验

## 实验目的

令SWA是VLAN1的主根桥，在VLAN 1的STP中阻塞SWC的E0/0/2端口，当SWA失效时，SWB接替SWA成为VLAN1的主根桥

image-20250401004955460

----------

SWA：

<Huawei>

<Huawei>system-view

Enter system view, return user view with Ctrl+Z.

[Huawei]sysname SWA

[SWA]undo info-center enable

Jan  9 2025 16:52:19-08:00 SWA DS/4/DATASYNC_CFGCHANGE:OID 1.3.6.1.4.1.2011.5.25

.191.3.1 configurations have been changed. The current change number is 4, the c

hange loop count is 0, and the maximum number of records is 4095.

Info: Information center is disabled.

[SWA]stp enable

[SWA]stp mode stp

Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.

[SWA]interface E0/0/1

[SWA-Ethernet0/0/1]port link-type trunk

[SWA-Ethernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan all

[SWA-Ethernet0/0/1]interface E0/0/2

[SWA-Ethernet0/0/2]port link-type trunk

[SWA-Ethernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan all

[SWA-Ethernet0/0/2]stp priority 4096

[SWA]display current-configuration 

\#

sysname SWA

\#

undo info-center enable

\#

stp mode stp

stp instance 0 priority 4096

\#

cluster enable

ntdp enable

ndp enable

\#

drop illegal-mac alarm

\#

diffserv domain default

\#

drop-profile default

\#

aaa

 authentication-scheme default

 authorization-scheme default

 accounting-scheme default

 domain default

 domain default_admin

 local-user admin password simple admin

 local-user admin service-type http

\#

interface Vlanif1

\#

interface MEth0/0/1

\#

interface Ethernet0/0/1

 port link-type trunk

 port trunk allow-pass vlan 2 to 4094

\#

interface Ethernet0/0/2

 port link-type trunk

 port trunk allow-pass vlan 2 to 4094

 

 [SWA]display stp brief 

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE

   0    Ethernet0/0/2               DESI  FORWARDING      NONE

SWB：

<Huawei>system-view

Enter system view, return user view with Ctrl+Z.

[Huawei]undo info-center enable

Info: Information center is disabled.

[Huawei]sysname SWB

[SWB]stp enable

[SWB]stp mode stp

Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.

[SWB]interface E0/0/1

[SWB-Ethernet0/0/1]port link-type trunk

[SWB-Ethernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan all

[SWB-Ethernet0/0/1]interface E0/0/2

[SWB-Ethernet0/0/2]port link-type trunk

[SWB-Ethernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan all

[SWB-Ethernet0/0/2]stp priority 8192

[SWB]display current-configuration 

\#

sysname SWB

\#

undo info-center enable

\#

stp mode stp

stp instance 0 priority 8192

\#

cluster enable

ntdp enable

ndp enable

\#

drop illegal-mac alarm

\#

diffserv domain default

\#

drop-profile default

\#

aaa

 authentication-scheme default

 authorization-scheme default

 accounting-scheme default

 domain default

 domain default_admin

 local-user admin password simple admin

 local-user admin service-type http

\#

interface Vlanif1

\#

interface MEth0/0/1

\#

interface Ethernet0/0/1

 port link-type trunk

 port trunk allow-pass vlan 2 to 4094

\#

interface Ethernet0/0/2

 port link-type trunk

 port trunk allow-pass vlan 2 to 4094

\#



[SWB]  display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE

   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE

关闭SWA后，SWB状态变化

[SWB]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/1               DESI  DISCARDING      NONE

[SWB]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/1               DESI  LEARNING        NONE

[SWB]

[SWB]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/1               DESI  LEARNING        NONE

[SWB]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/1               DESI  LEARNING        NONE

[SWB]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE

[SWB]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE

SWC：

<Huawei>

<Huawei>system-view

Enter system view, return user view with Ctrl+Z.

[Huawei]undo info-center enable

Info: Information center is disabled.

[Huawei]sysname SWC

[SWC]stp enable 

[SWC]stp mode stp

Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.

[SWC]interface E0/0/1

[SWC-Ethernet0/0/1]port link-type trunk

[SWC-Ethernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan all

[SWC-Ethernet0/0/1]interface E0/0/2

[SWC-Ethernet0/0/2]port link-type trunk

[SWC-Ethernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan all

[SWC-Ethernet0/0/2]display current-configuration 

\#

sysname SWC

\#

undo info-center enable

\#

stp mode stp

\#

cluster enable

ntdp enable

ndp enable

\#

drop illegal-mac alarm

\#

diffserv domain default

\#

drop-profile default

\#

aaa

 authentication-scheme default

 authorization-scheme default

 accounting-scheme default

 domain default

 domain default_admin

 local-user admin password simple admin

 local-user admin service-type http

\#

interface Vlanif1

\#

interface MEth0/0/1

\#

interface Ethernet0/0/1

 port link-type trunk

 port trunk allow-pass vlan 2 to 4094

\#

interface Ethernet0/0/2

 port link-type trunk

 port trunk allow-pass vlan 2 to 4094

\#



[SWC]display stp brief 

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/1               ROOT  FORWARDING      NONE

   0    Ethernet0/0/2               ALTE  DISCARDING      NONE

关闭SWA后，SWC状态变化

[SWC]display stp brief 

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/1               ROOT  FORWARDING      NONE

   0    Ethernet0/0/2               ALTE  DISCARDING      NONE

[SWC]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/2               ROOT  DISCARDING      NONE

[SWC]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/2               ROOT  LEARNING        NONE

[SWC]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/2               ROOT  LEARNING        NONE

[SWC]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/2               ROOT  LEARNING        NONE

[SWC]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/2               ROOT  LEARNING        NONE

[SWC]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE

[SWC]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE

最后，给各位兄弟们加点氮！

图片
部分图片来源于网络，如有侵权请联系删除

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