STP_RSTP_MSTP

最新推荐文章于 2025-05-17 09:58:41 发布

勒亦砾

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STP\RSTP\MSTP
mstp
- others

STP\RSTP\MSTP

STP

STP是一个用于局域网中消除环路的协议

运行该协议的设备通过彼此交互信息而发现网络中的环路，并对某些接口进行阻塞以消除环路。
STP在网络中运行后会持续监控网络的状态，当网络出现拓扑变更时，STP能够感知并且进行自动响应，从而使得网络状态适应新的拓扑结构，保证网络可靠性。
由于局域网规模的不断增长，生成树协议已经成为了当前最重要的局域网协议之一

stp功能

消除二层环路
链路备份

基本概念

bridge id ：（桥id/bid）
1. IEEE 802.1D标准中规定BID由16位的桥优先级（Bridge Priority）与桥MAC地址构成。
2. 桥优先级的取值范围：0~65535，华为默认取值：32768，用户可以自行修改，修改值必须为4096的倍数
3. 每一台运行STP的交换机都拥有一个唯一的BID
4. BID桥优先级占据高16bit，其余的低48bit是桥MAC地址
root bridge：（根桥/rb）
1. STP的主要作用之一是在整个交换网络中计算出一棵无环的“树”（STP树）
2. 根桥是一个STP交换网络中的“树根”。一个STP网络只会有一个RB
3. STP开始工作后，会在交换网络中选举一个根桥，根桥是生成树进行拓扑计算的重要“参考点”，是STP计算得出的无环拓扑的“树根”。
4. 根桥负责向STP网络主动发起配置BPDU
cost计算方式：
- IEEE 802.1 d-1998
- IEEE 802.1 t
- 华为计算标准
root path cost：（根路径开销）
1. 接口的缺省Cost除了与其速率、工作模式有关，还与交换机使用的STP Cost计算方法有关。
2. 接口带宽越大，则Cost值越小
3. 一台设备从某个接口到达根桥的RPC等于从根桥到该设备沿途所有入方向接口的Cost累加
4. 根桥的根路径开销是0
port id：（接口id）
1. 运行STP的交换机使用接口ID来标识每个接口，接口ID主要用于在特定场景下选举指定接口。
2. 接口ID由高4 bit的接口优先级和低12 bit的接口编号两部分构成。
3. 接口优先级取值范围：0~240，在华为交换机上，默认为128。用户可以根据实际需要，通过命令修改该优先级，修改值必须为16的整数倍
端口角色
- 根端口 root port ：rp
  - 根端口是非根交换机去往根桥路径最优的端口。在一个运行STP协议的交换机上最多只有一个根端口，但根桥上没有根端口
- 指定端口 design port ：dp
  - 指定端口是交换机向所连网段转发配置BPDU的端口，每个网段有且只能有一个指定端口
- 隔离端口 blocking port ：bp
  - 如果一个端口既不是指定端口也不是根端口，则此端口为阻塞端口。阻塞端口将被阻塞
bpud：网桥协议数据单元
- 配置 BPDU
  - 配置BPDU用于STP进行拓扑计算
- TCN BPDU
  - TCN BPDU用于拓扑改变

工作原理

选举rb
1. 比较bid
2. 首先比较各自的桥优先级，优先级值越小，越优先；
3. 桥优先级相同比较各自的MAC地址，MAC地址越小，越优先
4. 根桥的角色是可抢占的
在非rb节点上选rp
1. 比较接收到的配置BPDU中的RPC，值越小越优先
2. RPC相同，比较上行交换机BID，值越小越优先
3. 上行交换机BID相同，比较上行交换机PID，值越小越优先
4. 上相交换机的PID相同，比较本交换机PID，值越小越优先
在每个链路上选举dp
1. 首先比较根路径开销（RPC），值越小，越优选
2. 若RPC相等，则比较链路两端交换机的BID，值越小，越优选
3. 若BID相等，则比较链路两端端口的PID，值越小，越优选
非根节点被阻塞
状态

disable：该接口不能收发BPDU，也不能收发业务数据帧，例如接口为down
blocking：该接口被STP阻塞。处于阻塞状态的接口不能发送BPDU，不能收发业务数据帧，也不会进行MAC地址学习，但是会持续侦听BPDU。是阻塞端口最终的状态
listening：当接口处于该状态时，表明STP初步认定该接口为根接口或指定接口，但接口依然处于STP计算的过程中，此时接口可以收发BPDU，但是不能收发业务数据帧，也不会进行MAC地址学习
learning：当接口处于该状态时，会侦听业务数据帧（但是不能转发业务数据帧），进行MAC地址学习
forwarding：处于该状态的接口可以正常地收发业务数据帧，也会进行BPDU处理。是根接口或指定接口最终维持的状态

故障

根桥故障

非根桥会在BPDU老化之后开始根桥的重新选举。根桥故障会导致50s左右的恢复时间。
直连链路故障

检测到直连链路物理故障后，会将预备端口转换为根端口。直连链路故障，备用端口会经过30s后恢复转发状态。
非直连

物理性故障：30s；非物理性故障：50s

RSTP

STP虽然能够解决环路问题，但是由于网络拓扑收敛慢，影响了用户通信质量，RSTP是STP的改进版本，收敛速度更快，而且能够兼容STP

改进方面

端口角色
alternate port：作为根端口的备份端口
backup port ：作为指定端口的备份
端口状态
- Discarding状态：不转发用户流量也不学习MAC地址
- Learning状态：不转发用户流量但是学习MAC地址
- Forwarding状：既转发用户流量又学习MAC地址

BPDU处理

无论非根桥设备是否接收到根桥传来的配置BPDU报文，非根桥设备仍然按照Hello Time规定的时间间隔发送配置BPDU
如果一个端口在三个周期（Hello Time×3）内没有收到上游设备发送过来的配置BPDU，那么该设备认为与此邻居之间的协商失败。
如果该端口缓存的RST BPDU优于收到的RST BPDU，那么该端口会直接丢弃收到的RST BPDU，立即回应自身缓存的RST BPDU，从而加快收敛速度

快速收敛

根端口快速切换

如果网络中一个根端口失效，那么网络中最优的Alternate端口将成为根端口，进入Forwarding状态

指定端口快速切换

如果网络中一指定端口失效，那么网络中最优的Backup端口将成为指定端口，进入Forwarding状态

边缘端口

某一端口不再与其他交换设备连接，而是直接与终端设备直连，这种端口可以设置为边缘端口
边缘端口不参与RSTP计算，可以由Discarding直接进入Forwarding状态。

proposal/agreement

当一个端口被选举成为指定端口之后,会先进入Discarding状态，再通过P/A机制快速进入Forwarding状态。

拓扑变更机制

在非边缘指定端口和根端口上设置一个tc计时器，为hello time 的两倍，会清空端口上的mac地址，同时发送rst bpdu 超时后停止
其他设备收到rst bpdu后，清空所有端口学习到的mac地址，重复上面的过程

保护机制

bpdu保护
- 边缘端口收到bpdu被error down 边缘端口属性不变
根保护
- 启用根保护功能的指定端口，其端口角色只能保持为指定端口
工作原理
- 每一台交换机启动RSTP后，都认为自己是“根桥”，并且发送RST BPDU
- 上游链路的设备互联端口通过P/A机制，快速进入转发状态
  1. 在直连网段中，发送最优RST BPDU的端口为DP端口，次优RST BPDU的端口为RP端口；DP端口发送P位置“1”的RST BPDU报文
  2. RP端口接收到P=1的RST BPDU报文后，同步下游端口（将其他DP端口状态变为discarding），将自己的端口状态变为Forwarding，发送A位置“1”的RST BPDU；
  3. DP端口收到A=1的RST BPDU后，将自己的端口状态直接变为Forwarding，P/A机制完成。
- 下游链路的设备互联端口会进行新一轮的P/A协商

mstp

RSTP的流量无法负载分担，并且可能造成二层次优路径

MSTP兼容STP和RSTP

MSTP可以将一个或多个VLAN映射到一个Instance，再基于Instance计算生成树，映射到同一个Instance的VLAN共享同一棵生成树。

网络层次

MSTP把一个交换网络划分成多个域，每个域内形成多棵生成树，生成树之间彼此独立

一个MST域内可以生成多棵生成树，每棵生成树都称为一个MSTI。 MSTI使用Instance ID标识，华为设备取值为0~4094。缺省情况向下，华为交换机上所有的VLAN都映射到了Instance0

是连接交换网络内所有MST域的一棵生成树。如果把每个MST域看作是一个节点，CST就是这些节点通过生成树协议计算生成的一棵生成树
2. IST

是各MST域内的一棵生成树。 IST是一个特殊的MSTI，MSTI的Instance ID为0。

域根

IST的域根

在MST域中IST生成树中距离总根最近的交换设备是IST域根

MSIT的域根

MSTI域根是每个多生成树实例的树根

CIST

通过生成树协议计算生成的，连接一个交换网络内所有交换设备的单生成树

总根是CIST的根桥
4. SST

运行生成树协议的交换设备只能属于一个生成树。 MST域中只有一个交换设备，这个交换设备构成单生成树。
5. 主桥

是IST Master，它是域内距离总根最近的交换设备

端口角色

根端口、指定端口、Alternate端口、Backup端口、Master端口、域边缘端口和边缘端口

master端口： Master端口是MST域和总根相连的所有路径中最短路径上的端口，它是交换设备上连接MST域到总根的端口

域边缘接口：域边缘端口是指位于MST域的边缘并连接其它MST域的端口

端口状态：

与rstp相同

命令

启动
  - stp mode mstp
  - stp enable
  
配置stp域并激活
  - stp region-configuration
  - region-name name
    - 缺省情况下，MST域名等于交换设备的桥MAC地址
    
  - instance instance-id vlan { vlan-id1 [ to vlan-id2 ] }
    - 缺省情况下，所有VLAN均映射到CIST，即实例0上
    
  - revision-level level
    - 配置交换设备的MSTP修订级别。缺省情况下，交换设备MST域的修订级别是0。
    
  - active region-configuration
  
可选配置
  - stp [ instance instance-id ] root { primary | secondary }
  - stp [ instance instance-id ] priority priority
  - stp pathcost-standard { dot1d-1998 | dot1t | legacy }
  - 端口上
    - stp [ instance instance-id ] cost cost
    - stp [ instance instance-id ] port priority priority

others

VBST：基于VLAN的生成树
堆叠与园区网络树形结构组网形态
Smart Link
三层防环：动态路由协议有一定的防环能力； IP报文头部中的TTL字段可用于防止报文被无止尽地转发。
环路会造成：
广播风暴：交换机反复进行泛洪处理

cost cost
- stp [ instance instance-id ] port priority priority




## others

1. VBST：基于VLAN的生成树
2. 堆叠与园区网络树形结构组网形态
3. Smart Link
4. 三层防环：动态路由协议有一定的防环能力； IP报文头部中的TTL字段可用于防止报文被无止尽地转发。

5. 环路会造成：

1. 广播风暴：交换机反复进行泛洪处理

2. mac地址偏移：mac地址在不同的端口之间来回切换