STP/RSTP/MSTP協議簡介

• STP
• • 一、STP協議
  • 二、為什么要有STP協議？
• BPDU
• • 一、什么是BPDU？
  • 二、BPDU的功能
  • 三、BPDU的類型
• 端口
• • 一、端口角色
  • 二、端口狀態描述
  • 三、端口過渡
  • 四、角色選舉
  • 五、選舉的一些影響因素
  • 六、根網橋
• RSTP
• MSTP
• • 一、 MSTP
  • 二、MSTP的作用
  • 三、MSTP實例：
• 總結

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STP

一、STP協議

STP 協議：生成樹協議。

二、為什么要有STP協議？

因為當有環路存在時，廣播的發送回引起全網的廣播風暴，因此需要打破生成的條件，而STP協議就是解決二層廣播風暴的重要手段，另外我們會阻塞一些端口，打破環路生成條件，當鏈路出現問題時，這些阻塞的端口可以過渡到轉發狀態，實現鏈路的備份作用。

BPDU

一、什么是BPDU？

BPDU：網橋協議數據單元。
STP的各種選舉是通過交換BPDU報文來實現的，BPDU是直接封裝在以太幀中的。
對于參與STP的所有SW，它們都是通過數據的交換來獲取網絡中其它的SW的信息，這種消息就被稱為BPDU。
BPDU是直接封裝在二層的協議。

二、BPDU的功能

功能：

• 選舉根橋
• 確定冗余路徑的位置
• 通過阻塞特定的端口來避免環路
• 通告網絡的拓撲變更
• 監控生成樹的狀態

三、BPDU的類型

BPDU分兩種類型：

• 配置BPDU：
  通常由根橋以周期性間隔發出，包括了STP參數，用于各種選舉。
• TCN（拓撲變更通告）BPDU：
  這種BPDU事當交換機檢測到拓撲發生變更時所產生，可由非根網橋發出。

端口

一、端口角色

RP：根端口。每個非根網橋上有且只有一個，選舉到達根網橋上路徑開銷最小的成為根端口。

DP：指定端口。根網橋上每個端口都是指定端口，非根網橋上需要轉發數據的端口也是指定端口。

AP：預備端口。該接口狀態為blocking狀態，只收BPDU，不發BPDU。

二、端口狀態描述

Disabled(禁用狀態)：不轉發數據幀，不學習MAC地址表，不參與生成樹的計算。

Blocking(阻塞狀態)：不轉發數據幀，不學習MAC地址表，接收并處理BPDU，不發送BPDU。

Listening(偵聽狀態)：不轉發數據幀，不學習MAC地址表，參與生成數計算，接收并發送BPDU。

Learing(學習狀態)：不轉發數據幀，學習MAC地址表，參與生成樹計算，接收并發送BPDU。

Forwarding(轉發狀態)：轉發數據幀，學習MAC地址表，參與生成樹計算，接收并發送BPDU。

三、端口過渡

端口由Blocking過渡到Forwarding有50S延時，Blocking到Listening有20S的老化時間，Listening到Learing有15S過渡時間，Learing到Forwarding有15S過渡時間。

四、角色選舉

選舉根交換機的規則：
Lowest BID=網橋優先級+MAC地址（越小越優）

選舉根端口、指定端口的規則：

• lowest path cost to root bridge(到達根最小路徑開銷)
• Lowest sender BID(最小的發送方BID)
• Lowest sender port ID（最小的發送方PID）端口優先級（默認128）+發送方端口號

五、選舉的一些影響因素

1、路徑開銷：

BWCOST

10M	100
100M	19
1G	4
10G	2

2、修改網橋接口（端口）優先級命令：
例：[SW1-Ethernet0/0/1]stp port priority 0（數值為16的倍數）

六、根網橋

設置成根網橋的兩種方法：
1、修改網橋優先級命令：
例：[SW1]stp priority 0（數值需設定為4096的倍數）
2、設置此網橋為根橋
例：[SW1]stp root primary（優先級將變為0）

RSTP

• RSTP：快速生成樹協議。
  作用：縮短生成樹端口由阻塞到轉發狀態的過度時間。
• 開啟快速生成樹的方法
  [ ]stp enable
  [ ]stp mode rstp

MSTP

一、 MSTP

MSTP：多實例生成樹協議。

二、MSTP的作用

作用：讓指定的一個vlan或者多個vlan生成一棵樹，實現鏈路的負載均衡。

例：

[LSW1]stp mode mstp #stp模式設置為mstp [LSW1]stp region-configuration #進入mstp設置模式 [LSW1-mst-region]region-name huawei #區域名為huawei [LSW1-mst-region]revision-level 1 #版本級別為1 [LSW1-mst-region]instance 1 vlan 10 #定義實例1為vlan10 [LSW1-mst-region]instance 2 vlan 20 #定義實例2為vlan20 [LSW1-mst-region]active region-configuration #對mstp配置保存 Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done. [LSW1-mst-region]q [LSW1]stp instance 1 root primary #定義本交換機為實例1的根 [LSW1]stp instance 2 root secondary #定義本交換機為實例2的備選根

三、MSTP實例：

LSW1：

<Huawei>undo ter mo Info: Current terminal monitor is off. <Huawei>sys Enter system view, return user view with Ctrl+Z. [Huawei]sysname LSW1 [LSW1]vlan bat 10 20 Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done. [LSW1]int e0/0/1 [LSW1-Ethernet0/0/1]port hybrid pvid vlan 10 [LSW1-Ethernet0/0/1]port hybrid untagged vlan 10 20 [LSW1-Ethernet0/0/1]int g0/0/1 [LSW1-GigabitEthernet0/0/1]port hybrid pvid vlan 10 [LSW1-GigabitEthernet0/0/1]port hybrid untagged vlan 10 20 [LSW1-GigabitEthernet0/0/1]int e0/0/2 [LSW1-Ethernet0/0/2]port link-type trunk [LSW1-Ethernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan 10 20 [LSW1-Ethernet0/0/2]q [LSW1]stp mode mstp [LSW1]stp region-configuration [LSW1-mst-region]region-name huawei [LSW1-mst-region]revision-level 1 [LSW1-mst-region]instance 1 vlan 10 [LSW1-mst-region]instance 2 vlan 20 [LSW1-mst-region]active region-configuration Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done. [LSW1-mst-region]q [LSW1]stp instance 1 root primary [LSW1]stp instance 2 root secondary

LSW2

<Huawei>undo ter mo Info: Current terminal monitor is off. <Huawei>sys Enter system view, return user view with Ctrl+Z. [Huawei]sysname LSW2 [LSW2]vlan bat 10 20 Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done. [LSW2]int e0/0/1 [LSW2-Ethernet0/0/1]port hybrid pvid vlan 20 [LSW2-Ethernet0/0/1]port hybrid untagged vlan 10 20 [LSW2-Ethernet0/0/1]int g0/0/1 [LSW2-GigabitEthernet0/0/1]port hybrid pvid vlan 20 [LSW2-GigabitEthernet0/0/1]port hybrid untagged vlan 10 20 [LSW2-GigabitEthernet0/0/1]int e0/0/2 [LSW2-Ethernet0/0/2]port link-type trunk [LSW2-Ethernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan 10 20 [LSW2-Ethernet0/0/2]q [LSW2]stp mode mstp [LSW2]stp region-configuration [LSW2-mst-region]region-name huawei [LSW2-mst-region]revision-level 1 [LSW2-mst-region]instance 2 vlan 20 [LSW2-mst-region]instance 1 vlan 10 [LSW2-mst-region]active region-configuration Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done. [LSW2-mst-region]q [LSW2]stp instance 1 root secondary [LSW2]stp instance 2 root primary

LSW3

<Huawei> <Huawei>undo ter mo Info: Current terminal monitor is off. <Huawei>sys Enter system view, return user view with Ctrl+Z. [Huawei]sysname LSW3 [LSW1]vlan bat 10 20 Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done. [LSW3]int e0/0/1 [LSW3-Ethernet0/0/1]port hybrid pvid vlan 10 [LSW3-Ethernet0/0/1]port hybrid untagged vlan 10 20 [LSW3-Ethernet0/0/1]int e0/0/2 [LSW3-Ethernet0/0/2]port hybrid pvid vlan 20 [LSW3-Ethernet0/0/2]port hybrid untagged vlan 10 20 [LSW3-Ethernet0/0/2]int e0/0/3 [LSW3-Ethernet0/0/3]port hybrid pvid vlan 10 [LSW3-Ethernet0/0/3]port hybrid untagged vlan 10 20 [LSW3-Ethernet0/0/3]int e0/0/4 [LSW3-Ethernet0/0/4]port hybrid pvid vlan 20 [LSW3-Ethernet0/0/4]port hybrid untagged vlan 10 20 [LSW3-Ethernet0/0/4]q [LSW3]stp mode mstp [LSW3]stp region-configuration [LSW3-mst-region]region-name huawei [LSW3-mst-region]revision-level 1 [LSW3-mst-region]instance 1 vlan 10 [LSW3-mst-region]instance 2 vlan 20 [LSW3-mst-region]active region-configuration Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.

R1

<Huawei>undo ter mo Info: Current terminal monitor is off. <Huawei>sys Enter system view, return user view with Ctrl+Z. [Huawei]sysname R1 [R1]interface g0/0/0 [R1-GigabitEthernet0/0/0]undo shutdown Info: Interface GigabitEthernet0/0/0 is not shutdown. [R1-GigabitEthernet0/0/0]ip address 192.168.10.254 24 [R1-GigabitEthernet0/0/0]interface g0/0/1 [R1-GigabitEthernet0/0/1]undo shutdown Info: Interface GigabitEthernet0/0/1 is not shutdown. [R1-GigabitEthernet0/0/1]ip address 192.168.20.254 24 [R1-GigabitEthernet0/0/1]q [R1]interface loop [R1]interface LoopBack 0 [R1-LoopBack0]ip add 1.1.1.1 24

通訊結果：

PC>ping 192.168.20.10 #PC1通訊PC2：Ping 192.168.20.10: 32 data bytes, Press Ctrl_C to break From 192.168.20.10: bytes=32 seq=1 ttl=127 time=109 ms From 192.168.20.10: bytes=32 seq=2 ttl=127 time=156 ms From 192.168.20.10: bytes=32 seq=3 ttl=127 time=110 ms From 192.168.20.10: bytes=32 seq=4 ttl=127 time=140 ms From 192.168.20.10: bytes=32 seq=5 ttl=127 time=141 ms--- 192.168.20.10 ping statistics ---5 packet(s) transmitted5 packet(s) received0.00% packet lossround-trip min/avg/max = 109/131/156 ms PC>ping 192.168.10.10 #PC2通訊PC1：Ping 192.168.10.10: 32 data bytes, Press Ctrl_C to break From 192.168.10.10: bytes=32 seq=1 ttl=127 time=141 ms From 192.168.10.10: bytes=32 seq=2 ttl=127 time=140 ms From 192.168.10.10: bytes=32 seq=3 ttl=127 time=125 ms From 192.168.10.10: bytes=32 seq=4 ttl=127 time=125 ms From 192.168.10.10: bytes=32 seq=5 ttl=127 time=156 ms--- 192.168.10.10 ping statistics ---5 packet(s) transmitted5 packet(s) received0.00% packet lossround-trip min/avg/max = 125/137/156 ms

總結

在一個復雜的網絡環境中，難免會出現環路。由于冗余備份的需要，網絡設計者都傾向于在設備之間部署多條物理鏈路，其中一條作主用鏈路，其他鏈路作備份，這樣都有可能會導致環路產生。
環路會產生廣播風暴，最終導致整個網絡資源被耗盡，網絡癱瘓不可用。環路還會引起MAC地址表震蕩導致MAC地址表項被破壞。
為了破除環路，可以采用數據鏈路層協議STP，運行該協議的設備通過彼此交互信息發現網絡中的環路，并有選擇的對某個端口進行阻塞，最終將環形網絡結構修剪成無環路的樹形網絡結構，從而防止報文在環形網絡中不斷循環，避免設備由于重復接收相同的報文造成處理能力下降。

總結

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