目录
一、STP讲解
1.STP介绍
2.环路问题
3.STP的原理
4.STP工作流程
①选举一个根桥
②每个非根交换机选举一个根端口
③每个网段选举一个指定端口
④阻塞非根、非指定端口
二、华为eNSP配置STP
三、思科模拟器配置STP
一、STP讲解
1.STP介绍
为了提高网络可靠性,交换网络中通常会使用冗余链路。然而,冗余链路会给交换网络带来环路风险,并导致广播风暴以及MAC地址表不稳定等问题,进而会影响到用户的通信质量。生成树协议
STP
(
Spanning Tree Protocol
)可以在提高可靠性的同时又能避免环路带来的各种问题。
2.环路问题
如下图所示,交换机之间通过多条链路互连时,虽然能够提升网络可靠性,但同时也会带来环路问题。
环路会引起MAC地址表震荡和广播风暴,造成主机收到重复数据帧,持续消耗交换机性能。


3.STP的原理
STP通过构造一棵树来消除交换网络中的环路。
每个STP
网络中,都会存在一个根桥,其他交换机为非根桥。根桥或者根交换机位于整个逻辑树的根部,是
STP
网络的逻辑中心,非根桥是根桥的下游设备。当现有根桥产生故障时,非根桥之间会交互信息并重新选举根桥,交互的这种信息被称为
BPDU
。
BPDU
中包含交换机在参加生成树计算时的各种参数信息。
STP定义了三种端口角色:指定端口(DP)、根端口(RP)、预备端口(AP)。
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。一般情况下,根桥的每个端口总是指定端口。
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。
如果一个端口既不是指定端口也不是根端口,则此端口为预备端口。预备端口将被阻塞。
如下图所示,通过阻塞预备端口来消除环路,并能够实现链路备份的目的。(当非预备端口的链路出现故障时,会自动把预备端口所在的链路启用)
4.STP工作流程
①选举一个根桥
STP中根桥的选举依据的是桥
ID
,
STP
中的每个交换机都会有一个桥
ID(Bridge ID)
。桥
ID
由
16
位的桥优先级(
Bridge Priority
)和
48
位的
MAC
地址构成。在
STP
网络中,桥优先级是可以配置的,取值范围是
0
~
65535
,默认值为
32768
。优先级最高的设备(数值越小越优先)会被选举为根桥。如果优先级相同,则会比较
MAC
地址,
MAC
地址越小则越优先。
交换机启动后就自动开始进行生成树收敛计算。默认情况下,所有交换机启动时都认为自己是根桥,自己的所有端口都为指定端口,这样BPDU
报文就可以通过所有端口转发。对端交换机收到
BPDU
报文后,会比较
BPDU
中的根桥
ID
和自己的桥
ID
。如果收到的
BPDU
报文中的桥
ID
优先级低,接收交换机会继续通告自己的配置
BPDU
报文给邻居交换机。如果收到的
BPDU
报文中的桥
ID
优先级高,则交换机会修改自己的
BPDU
报文的根桥
ID
字段,宣告新的根桥。
②每个非根交换机选举一个根端口
非根交换机在选举根端口时分别依据该端口的根路径开销、对端BID
(
Bridge ID
)、对端
PID
(
Port ID
)和本端
PID
。
交换机的每个端口都有一个端口开销(Port Cost
)参数,此参数表示该端口在
STP
中的开销值。默认情况下端口的开销和端口的带宽有关,带宽越高,开销越小。从一个非根桥到达根桥的路径可能有多条,每一条路径都有一个总的开销值,此开销值是该路径上所有接收
BPDU
端口的端口开销总和(即
BPDU
的入方向端口),称为路径开销。非根桥通过对比多条路径的路径开销,选出到达根桥的最短路径,这条最短路径的路径开销被称为
RPC
(
Root Path Cost
,根路径开销),并生成无环树状网络。根桥的根路径开销是
0。
运行STP
交换机的每个端口都有一个端口
ID
,端口
ID
由端口优先级和端口号构成。端口优先级取值范围是
0
到
240
,步长为
16
,即取值必须为
16
的整数倍。缺省情况下,端口优先级是
128。
端口
ID
(
Port ID)
可以用来确定端口角色。
每个非根桥都要选举一个根端口。根端口是距离根桥最近的端口,这个最近的衡量标准是靠路径开销来判定的,即路径开销最小的端口就是根端口。端口收到一个BPDU
报文后,抽取该
BPDU
报文中根路径开销字段的值,加上该端口本身的端口开销即为本端口路径开销。如果有两个或两个以上的端口计算得到的累计路径开销相同,那么选择收到发送者
BID
最小的那个端口作为根端口。
如果两个或两个以上的端口连接到同一台交换机上,则选择发送者PID
最小的那个端口作为根端口。如果两个或两个以上的端口通过
Hub
连接到同一台交换机的同一个接口上,则选择本交换机的这些端口中的
PID
最小的作为根端口。
③每个网段选举一个指定端口
在网段上抑制其他端口(无论是自己的还是其他设备的)发送BPDU
报文的端口,就是该网段的指定端口。每个网段都应该有一个指定端口,根桥的所有端口都是指定端口(除非根桥在物理上存在环路)。
指定端口的选举也是首先比较累计路径开销,累计路径开销最小的端口就是指定端口。如果累计路径开销相同,则比较端口所在交换机的桥ID
,所在桥
ID
最小的端口被选举为指定端口。如果通过累计路径开销和所在桥
ID
选举不出来,则比较端口
ID
,端口
ID
最小的被选举为指定端口。
网络收敛后,只有指定端口和根端口可以转发数据。其他端口为预备端口,被阻塞,不能转发数据,只能够从所连网段的指定交换机接收到BPDU
报文,并以此来监视链路的状态。

④阻塞非根、非指定端口
既不是RP也不是DP的就是AP(预备端口),会被阻塞,只允许BPDU数据经过。

二、华为eNSP配置STP
拓扑图:

华为交换机默认是开启了STP的,但是默认模式是MSTP(多生成树协议),把所有交换机的模式改成STP:
sys //进入系统视图
stp mode stp //修改STP的模式为STP
查看三台交换机的桥优先级和MAC地址
dis stp | include CIST Bridge //查看交换机的桥优先级和MAC地址

华为的桥优先级默认为32768,因为优先级相同,所以比较MAC地址,最小的选为根交换机。经过比较,SW1的MAC地址最小,理应成为根交换机,但是这不是我们想要的结果。因为core交换机才是核心交换机,才应该作为根交换机。只有一个办法,就是修改桥优先级,可以把core的优先级修改成小于SW1和SW2的值,也可以把SW1和SW2的优先级修改成大于core的值。
修改core的桥优先级(有两种方式)
stp priority 4096 //修改桥优先级的值为4096(注意步长为4096,值必须是4096的倍数)
stp root primary //将该交换机设为根交换机
dis stp | include CIST Bridge //查看桥优先级,发现其实就是把桥优先级改成0了
修改后,可以在三台交换机上使用命令查看根桥
dis stp | include CIST Root/ERPC //查询根桥的优先级和MAC地址
core交换机已成为根桥

根桥选好后,在非根交换机上选根端口。SW1和SW2的E0/0/1接口都与根桥直连,路径开销最小,所以被选为根端口(RP)

使用命令验证
dis stp brief | include Ethernet0/0/1 //查看E0/0/1的STP端口信息

根端口选好后,选指定端口(DP)。一般情况下,根交换机的所有端口都是指定端口,SW1和SW2优先级相同,但是SW1的MAC比SW2小,所以SW1的E0/0/2接口为指定端口。

使用命令验证
dis stp brief //查看STP所有端口信息
dis stp brief | include Ethernet0/0/2 //查看E0/0/2的STP端口状态

根端口和指定端口都选好了,剩下的就是预备端口(AP)

使用命令验证

为PC1和PC2配置IP


提前对SW1和SW2之间的链路E0/0/3抓包
PC1 Ping PC2,发现是没有ICMP报文经过E0/0/3的,只有STP的数据,说明SW2的E0/0/3确实是被阻塞了。


接下来测试链路备份功能,PC1 长 Ping PC2,再把SW1的E0/0/1接口关闭,看数据是否会走SW1和SW2之间的链路,转换过程是多久




测试结果是经过一段时间后,数据会走阻塞的链路传输。这段时间是多长,将会在下一篇文章——RSTP中说明。
三、思科模拟器配置STP
拓扑图

思科交换机的STP默认使用的是它家特有的CiscoPVST协议,该协议为每个VLAN运行单独的生成树实例。
查看三台交换机的桥优先级和MAC地址
show spanning-tree //在特权模式下输入,查看生成树信息
Switch0的桥优先级和MAC地址(描红部分)

Switch1的桥优先级和MAC地址

Switch2的桥优先级和MAC地址

PVST都优先级是优先级加VLAN编号,所以这三台设备的优先级都是32769,优先级相同,比较MAC地址,最后Switch1的MAC最小被选为根交换机。
还是使用show spanning-tree验证

根交换机选好后,选取根端口RP,指定端口DP,替换(预备)端口AP,选取规则与STP一致。

使用show spanning-tree命令验证

为两台PC配置好IP

将模拟器模式调为模拟

点击自动捕获

打开PC0 ping PC1 就能看到数据的转发流程
