项目六 应用STP 解决多交换机之间冗余链路所引起的环路问题
STP破校园网络环路难题
只有 一条路 径是 主 动激 活的 ， 以通 讯 的 。 可 当
当生 成 树协 议 使 用缺 省参 数 值 时 ，源站 点和 目 的站 点 之 间 的路 径 未 必是 最 理 想 的 。
口之间形成的环路
端口之 间形 成的环路
主连 接 出现 问题 时 生成 树协 议 将 自动 起 用
常的连 接 。
网络环路的几种拓扑形式
网络 环路 是 当前 对 校 园 网网络 运 行影 响 较 突 出的几 种 问题之 一 （ Ａ Ｐ 如 Ｒ 攻击 ．Ｄ Ｃ ＨＰ
欺 骗 等 ） 导 致形 成 网 络环 路 的 几 种行 为 如 。
下 ：
在 的 ，如 何 防 止 和
生成 树协议 Ｓ Ｐ Ｔ 在交 换机 问进行通 信时 使 用的是 Ｂ Ｄ （ｒ ｇ ｒｔｃｌＤ ｔ Ｕ ｉ ） Ｐ Ｕ Ｂｉ ｅ Ｐｏ ｏ ａ ｎ ｓ 。 ｄ ｏ ａ ｔ 交 换机 通过 发送 ＢＤ 来进 行通 信并 构建 生 ＰＵ
８ ２ １ 生成树 协议 （ Ｔ ）允许 网络 上 存在 ０ Ｄ ＳＰ 如 果 所 有启 动 生成 树协 议 的 交换 机都 使 环路 时 ． 自动断 开环路 连接 。 当检测 到交 换机 用缺 省 的设置 值 那 么 ． 有最小 Ｍ Ｃ 地址 具 Ａ
间存 在 多条连 接 时 ，将 只启 动最 主要 的 一条 的交 换机 将成 为根 交换 机 （ ｏ ｓ ｔ ） ｒ ｔ ｗｉｈ 。通 ｏ ｃ 连接 ． 而将 其他 连接 都阻 塞掉 ． 将这 些连 接变 过提 高交 换机 的优 先级 （ 数值 越 小 ） ．生成树 为备 用连 接 。确 保 同一 时刻 网络 两 节点 之 间 协议 可 以将其 强 制选定 为根 交换 机 。
STP协议生成树协议解析与环路消除
STP协议生成树协议解析与环路消除STP（Spanning Tree Protocol）是一种数据链路层协议，用于在拓扑网络中避免环路，并选择最佳路径进行数据传输。
本文将对STP协议的生成树协议解析与环路消除进行详细讨论。
一、STP协议概述STP协议是由IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）的802.1D标准定义的一种网络协议。
它的主要目标是解决网桥（Bridge）或交换机（Switch）之间连接成环路时可能产生的问题，如广播风暴。
二、STP协议工作原理STP协议通过选择一个交换机作为根交换机（Root Switch），该交换机将成为生成树的根节点。
其他交换机通过发送BPDU（Bridge Protocol Data Unit）消息进行选举，选择一个具有最短路径通向根交换机的端口。
三、STP协议过程1. 交换机启动时，所有端口处于指定状态（Discarding State），不进行数据转发。
2. 通过BPDU消息交换，交换机进行选举，选择一个交换机作为根交换机。
3. 根交换机将所有端口置为指定状态，而其他交换机选择一条通向根交换机的端口，将其置为指定状态，形成生成树。
4. 生成树上的端口处于指定状态，可以进行数据转发，非生成树上的端口处于指定状态，不进行数据转发。
四、环路消除由于STP协议允许存在备份链路，可能会导致网络中出现多条路径，从而产生环路。
为了消除环路，STP协议会选择将某些端口置于阻塞状态（Blocking State），不进行数据转发。
1. 链路开销优先级STP协议将每个端口的优先级称为链路开销。
端口开销越小，选举时优先级越高。
默认情况下，端口开销为100。
2. 选举根交换机交换机通过发送BPDU消息进行选举根交换机。
BPDU消息包含根交换机的优先级和MAC地址信息，每个交换机收到BPDU消息后比较优先级和MAC地址，选择优先级较低的交换机作为根交换机。
06 管理交换网络中的冗余链路
本节内容
• • • • 交换网络中的冗余链路 生成树协议STP 配置STP 以太网链路聚合
2
课程议题
• • • • 交换网络中的冗余链路 生成树协议STP 配置STP 以太网链路聚合
3
网络中存在的单点故障
故障
网络中的单点故障可导致网络的无法访问
4
交换网络中的冗余链路
故障
• 如果要恢复到缺省值，可用 no spanningtree port-priority接口配置命令进行设置
32
STP、RSTP信息显示
• Switch#show spanning-tree ！显示交换机生成树的状态 • Switch#show spanning-tree interface fa 0/1 ！显示交换机接口的状态
switchB switchC
5、将所有根端口和指定端口设为转 发状态 6、将其他端口设为阻塞状态
指定端口
13
根交换机的选择
• Bridge ID最小的交换机为根交换机；
• Bridge ID：每个交换机唯一的桥ID， 由交换机优先级和Mac地址组合而成；
• 交换机优先级和Mac地址越小则Bridge ID就越小。
8
生成树协议
• 生成树协议（spanning-tree protocol） 由IEEE 802.1d标准定义
生成树协议的作用是为了提供冗余链路，解 决网络环路问题 生成树协议实现了在交换网络中通过SPA（生 成树算法）生成一个没有环路的网络，当主 要链路出现故障时，能够自动切换到备份链 路，保证网络的正常通信。
• 如果您要关闭Spanning Tree协议，可用 no spanning-tree 全局配置命令进行 设置。
如何使用STP解决交换机环路问题
如何使用STP解决交换机环路问题
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多台交换机使用有时候会出现环路问题，怎么解决呢?下面由店铺为你整理了如何使用STP解决交换机环路问题的相关方法，希望对你有帮助!
STP解决交换机环路方法步骤如下
一、硬件设备图片
1服务器。
2三层交换机。
3二层交换机。
4终端。
二、使用STP解决环路问题
1这里介绍了关于STP的一些命令。
提示：如果网络拓扑结构复杂，可能会让使用者无法忍受!
建议使用：RSTP。
Forward Delay的配置：stp timer forward-delay centiseconds.
2应用技术说明：
1、根据链路的传输流量的需求选择互联技术。
2、链路聚合要求所有的接口速度、双工模式和所属VLAN都是一致的。
3、根据应用目标，在机架和接入层和核心层保持一定的冗余。
4、链路聚合可以在现有的设备基础上提升使用效率。
项目六 应用STP 解决多交换机之间冗余链路所引起的环路问题
• 任务1 启用生成树协议（STP）解决冗余链路引 起的环路问题 • 任务2 改变交换机的参数，改变生成树的结构
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任务1 启用生成树协议（STP）解决冗 余链路引起的环路问题
• 【任务说明】
• 本任务的实验组网图如图6-10 所示，4 台H3C S2126-EI 交换机环形 互联，2 台计算机分别连接到Switch A 和Switch C 上。要求全网启 用生成树协议，观察并了解启用生成树协议前后的变化。
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任务1 启用生成树协议（STP）解决冗 余链路引起的环路问题
• STP 的行为如下所述： • STP 强制某些端口进入备用状态，这样它们将不会侦听、转发或泛 洪数据帧。其总体效果是，对于每个网段，在任何时刻都只有一条前 往该网段的活动路径。 • 如果网络中的任何网段出现连接性问题，STP 将自动激活原本不处 于活动状态的路径（如果有的话），以重建连接性。 • 图6-12 是一个第二层网络被生成树消除环路后的最终状态。 • 3. 生成树的工作原理 • STP 的初始过程包含3 个选举步骤，它提供一个没有环路的逻辑网络 拓扑。
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任务1 启用生成树协议（STP）解决冗 余链路引起的环路问题
• 网桥采取如下4 个步骤进行配置消息优先级的比较，从而确定最优配 置消息： • 【步骤1】确定根交换机的RootID，RootID 小者优先。 • 【步骤2】如果RootID 相等，计算到根交换机的最小路径开销（ Root Path Cost），Root Path Cost 与接收端口的端口开销之和小 的优先级高。 • 【步骤3】如果前两者相等，确定最小的发送者BID（Transmitting Bridge ID）； • 【步骤4】如果前三个参数都相等，确定最小的端口ID（ Transmitting Port ID）。
如何使用STP破除网络环路
配置步骤：
1、配置SwitchA。
<SwitchA> system-view [SwitchA] stp root primary [SwitchA] interface gigabitethernet 0/0/3 [SwitchA-GigabitEthernet0/0/3] stp disable [SwitchA-GigabitEthernet0/0/3] quit [SwitchA] stp mode stp [SwitchA] stp enable
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HUAWEI ConfidentiP拓扑计算的端口STP功能去使能。 2、选择SwitchA作为根桥， SwitchB作为备份根桥。 3、配置SwitchC GE0/0/3端口的路径开销为20000，选择阻塞该端口。 4、配置交换机生成树协议的工作模式为STP，使能全局STP功能。
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如何使用STP破除网络环路
应用场景：
在网络中，由于冗余备份的需要，一般在设备之间 部署多条物理链路，其中一条作为主用链路，其他链路 作为备份。这样难免会形成环路，环路可能会引起广播 风暴和MAC表项损坏。 网络规划好后，可以在网络中部署STP协议预防环 路。当网络中产生环路时，STP通过阻塞某个端口以达 到破除环路的目的。 例如，右图中PC1和PC2通过SwitchC和SwitchB接 入网络，SwitchA、SwitchB和SwitchC形成了一个环形 网络，需要通过STP进行破环。
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stp环路保护机制
stp环路保护机制stp环路保护机制是一种用于网络中环路消除的技术，它能够有效地解决网络环路带来的问题。
本文将对stp环路保护机制进行详细介绍，并分析其工作原理和应用场景。
1. 引言网络环路是指在网络拓扑结构中存在多条路径使得数据包可以通过不同路径循环发送，这会导致数据包重复、延迟增加以及网络拥塞等问题。
为了解决这一问题，stp环路保护机制应运而生。
stp（Spanning Tree Protocol）是一种链路层协议，它通过建立一棵树形拓扑结构来消除网络中的环路。
在stp环路保护机制中，网络中的交换机通过选举一个根交换机，并通过计算每条路径的代价来决定树形结构中各个交换机的位置。
stp环路保护机制的工作过程如下：（1）选举根交换机：网络中的交换机通过比较自身的优先级和MAC 地址来选举一个根交换机，根交换机成为树形结构的顶部。
（2）计算路径代价：每个交换机通过比较自身到根交换机的路径代价来确定自己在树形结构中的位置。
路径代价一般由链路的带宽或延迟等因素决定。
（3）选择最短路径：根据路径代价，每个交换机选择与根交换机之间的最短路径，并将其他路径设置为阻塞状态，从而消除环路。
3. stp环路保护机制的应用场景stp环路保护机制主要应用于大型企业网络或数据中心等需要高可靠性和高可用性的环境中。
具体应用场景包括：（1）数据中心：在数据中心中，往往需要通过多条路径来提供冗余和负载均衡。
stp环路保护机制可以有效地解决数据中心中的环路问题，确保数据的可靠传输。
（2）企业网络：大型企业网络中往往存在复杂的拓扑结构，容易产生环路。
stp环路保护机制可以帮助企业网络管理员消除环路，提高网络的可靠性和稳定性。
（3）无线网络：在无线网络中，多个无线接入点之间可能存在环路。
stp环路保护机制可以帮助无线网络管理员解决环路问题，提高网络的性能和稳定性。
4. stp环路保护机制的优缺点stp环路保护机制具有以下优点：（1）消除环路：stp环路保护机制可以有效地消除网络中的环路，避免数据包重复和延迟增加等问题。
STP协议的环路消除与网络冗余保护机制
STP协议的环路消除与网络冗余保护机制STP（Spanning Tree Protocol）是一种用于消除网络中的环路并确保网络冗余的协议。
在现代网络架构中，网络的可靠性和冗余性都是非常重要的因素。
然而，当存在多条连接时，会引发环路问题，导致广播风暴和网络拥塞，进而影响网络性能。
STP协议的设计就是为了解决这个问题。
STP协议工作原理的核心是选举一个Root Bridge（根桥），并选择一条最佳路径（也称为Root Port（根端口））连接到Root Bridge。
通过在网络中建立一个根树（Spanning Tree），STP协议可以自动选择并禁用那些形成环路的链路，从而实现环路消除和冗余保护。
当网络中的交换机启动时，它们会发送BPDU（Bridge ProtocolData Units）消息以进行Root Bridge选举。
这些消息包含交换机的优先级和MAC地址等信息。
然后，交换机基于这些信息选择根桥，并计算出到根桥的最短路径。
为了确定哪些链路应该被禁用，STP协议使用了Port Cost（端口成本）的概念，较低的端口成本意味着更短的路径，这样就可以选择更优的路径。
根据STP协议的工作原理，当发现环路时，会选择一个Port ID（端口ID）较小的端口作为Root Port，并将其他端口设置为Blocked （阻塞）状态。
这样，虽然多个链路存在，但只有选定的最佳路径可以传输数据。
当根桥或链路发生故障时，会发生重新计算，新的最佳路径会被选择，从而实现网络的冗余保护。
STP协议虽然能够解决环路问题和网络冗余，但是在大型网络中，协议的收敛速度可能会受到影响，导致网络恢复速度变慢。
为了提高性能，出现了一些STP协议的改进版本，如RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol）和MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol）。
这些改进版本通过减少BPDU的发送频率、更快的拓扑收敛和更好的链路利用等方式，提高了网络的可用性和性能。
如何使用STP解决交换机环路问题
如何使用STP解决交换机环路问题
一、硬件设备图片
1服务器。
2三层交换机。
3二层交换机。
4终端。
二、使用STP解决环路问题
1这里介绍了关于STP的一些命令。
提示：如果网络拓扑结构复杂，可能会让使用者无法忍受!
建议使用：RSTP。
ForwardDelay的配置：stptimerforward-delaycentiseconds.
2应用技术说明：
1、根据链路的传输流量的需求选择互联技术。
2、链路聚合要求所有的接口速度、双工模式和所属VLAN都是一致的。
3、根据应用目标，在机架和接入层和核心层保持一定的冗余。
4、链路聚合可以在现有的设备基础上提升使用效率。
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交换机配置教程之生成树协议STP如何防止环路
交换机配置教程之生成树协议STP如何防止环路曾经有过一篇文章是关于介绍如果企业只使用一台交换机来组网，就会存在单点故障，如果交换机坏了，此时的几个模块之间都无法进行正常的工作，客户机不能访问服务器，不能连接internet，不能访问打印机，也就是一点发生故障，则整网络无法正常工作。
所以在一般的交换式网络中，我们都需要对交换机进行冗余，但是引入冗余又会发生一个问题，一个很严重的问题，就是网络环路。
那么网络环路会带来广播风暴、多重复数据帧、MAC地址表不稳定等因素。
那么大家可以看到网络环路的问题确实不小，解决方法就是利用生成树协议STP。
Spanning-Tree Protocol：简称为STP，该协议可应用于环路网络，通过一定的算法实现路径冗余，同时将环路修剪成无环路的树型网络，从而避免报文在环路网络中“长生不老”。
以太网交换所所实现的快速生成树协议RSTP(Rapid Spanning Tree Procotol)是生成树协议的优化版，其“快速”体现在根端口和指定端口进入转发状态的延时在某种条件下大大缩短，从而缩短了网络拓扑稳定所需要的时间。
MSTP(Multiple Spanning Tree Procotol)是多生成树协议的缩写，该协议兼容STP和RSTP。
咱们来详细介绍一下STP：STP是为克服冗余网络中透明桥接的问题而创建的，目的是通过协商一条到根网桥的无环路径来避免和消除网络中的环路，它通过判定网络中存在环路的地方并动态阻断冗余链路来实现这个目的。
通过这种方式，它确保到每个目的地都只有一个路径，所以永远都不会产生环路。
将环路中的一个次优接口设置在Block(阻止)状态，从而将环路打破。
注意，仅仅是该接口设置为Block 状态，仅仅是一个状态，而不是真正的将此接口关闭。
因为一旦网络中其他链路出现了问题，这个被block 的接口还可以还原为forwarding(转发)状态。
如图所示：基本思想：在此把每个交换机称为网桥，所以我们在介绍的时候，如果讲到网桥，就知道是指的交换机就可以了。
STP破校园网络环路难题
ｌｏｏｐｂａｃｋ－ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎｔｅｒｖａｌ－ｔｉｍｅ ２４０ ３ ０（ 全 局 开 启 环 路 检 测 功 能 ，设 置 环 路 检 测 的时间间隔。防止交换机下接的 ＨＵＢ 上的 环路）
! ┱ ┱ Interface Ethernet0/0/24 spanning-tree portfast switchport access vlan 20 loopback-detection specified-vlan 20 loopback-detection control shutdown ip dhcp snooping binding user-control ! Interface Ethernet0/0/25 switchport mode trunk
交换机经配置重新启动后，经过检测 １￣２４ 个端口均可正常上网使用。然后再用一 根网线连接到 ＤＣＳ－３９５０－２６Ｃ 交换机任意两端 口上，或者用一根网线连接到普通交换机的 两端口上，再用一根网线上联到 ＤＣＳ－３９５０－ ２６Ｃ 交换机某一端口上（如图 ３ 所示）构建产 生网络环路的环境。登入 ＤＣＳ－３９５０－２６Ｃ 交换 机查看可见形成环路的端口已发生阻塞 （Ｂｌｏｃｋｉｎｇ），同时检测交换机其他端口均可正 常上网。实验表明 ＳＴＰ 协议发挥了作用，有效 地防止网络环路的发生，保障了网络的正常 运行。
（作者单位：1 河海大学信息中心; 网络
74中国教育网络 ２０１０．１０
网管技巧 建读设者与服管务理
图 4 应用 STP 之前
图 5 应用 STP 之后
机），如图 ４ 所示。在此例中，如果不使用生 成树技术，可以预见到可能发生的一些网络 故障。例如，如果桥 Ａ 向桥 Ｂ 发出一个广 播包，那么，桥 Ｂ 将把此数据包广播给桥 Ｃ， 而桥 Ｃ 又会将此数据包广播回给桥 Ａ。随后 会一直将如此反复，广播包将会在这个环路 中被循环往复地传递，从而导致严重的网络 故障。
stp原理和案例
stp原理和案例STP（Spanning Tree Protocol）是一种用于在网络中防止数据包环路的协议，它通过在网络中选择一个根桥和一组最优路径，将网络中的冗余链路进行屏蔽，从而确保数据包的有效传输。
下面将列出一些关于STP原理和案例的例子，以帮助读者更好地理解STP的工作原理和应用场景。
1. STP原理：STP使用一种分布式算法来计算根桥和最优路径。
每个交换机都会发送BPDU（Bridge Protocol Data Unit）消息，用于交换拓扑信息。
交换机根据收到的BPDU消息进行计算，选择一个根桥，并确定每个端口的状态（阻塞、监听、学习或转发），以建立一个无环的网络拓扑。
2. STP案例：假设有一个包含多个交换机的局域网，其中交换机之间通过冗余链路相连。
如果不使用STP，当一个数据包在网络中传输时，可能会出现环路，导致数据包在网络中不断循环，最终导致网络拥塞。
而使用STP可以帮助解决这个问题，它会选择一个根桥，并根据最短路径算法计算出每个端口的状态，从而确保数据包只沿着最优路径传输，避免了数据包环路的发生。
3. STP原理：STP使用端口优先级和MAC地址作为计算根桥和最优路径的依据。
每个交换机的每个端口都有一个默认的端口优先级，优先级越低，优先级越高。
交换机根据端口优先级和MAC地址选择根桥，并通过计算最短路径来确定每个端口的状态。
4. STP案例：假设有一个包含多个交换机的企业网络，其中某个交换机的根桥发生故障，导致网络出现链路中断。
使用STP的话，当根桥发生故障时，STP会重新计算最短路径，并选择一个新的根桥，从而确保网络的连通性。
这样，即使某个交换机发生故障，其他交换机仍然可以通过最优路径进行数据传输，保证了网络的稳定性。
5. STP原理：STP使用端口状态机来管理交换机的端口状态。
端口状态机包括阻塞、监听、学习和转发四个状态。
阻塞状态表示该端口不进行数据转发；监听状态表示该端口可以接收BPDU消息，并将其转发到其他端口；学习状态表示该端口可以接收和转发数据帧，并学习源MAC地址；转发状态表示该端口可以正常转发数据帧。
项目六交换机链路冗余和生成树协议
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研究更高效的生成树协议，提高网络的稳定性和可靠性。
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扩展到其他类型的网络设备
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将本项目的研究成果应用到路由器、服务器等其他类型的 网络设备中，实现整个网络的冗余和稳定性。
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提高网络的智能化水平
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要点二
解决方案
深入研究生成树协议，优化算法，提高网络的效率和性能 。
项目总结
成果
成功实现了基于生成树协议的交换机链路冗 余，提高了网络的稳定性和可靠性。
创新点
优化了生成树协议算法，提高了网络的效率 和性能。
项目中的问题和解决方案
问题1
生成树协议的收敛速度问题
描述
在大型网络中，生成树协议的收敛 速度可能较慢，影响网络的实时性 。
```
[H3C] stp enable all interface
[H3C] stp mode rstp
01
03 02
04
交换机链路冗余和生成 树协议的测试与验证
测试目的和测试环境
测试目的
验证交换机链路冗余和生成树协议的功能和性能，确保其正常工作并提高网络的可靠性。
测试环境
搭建包含交换机、路由器、终端设备等网络设备的测试网络，模拟实际应用场景，进行 测试。
提高网络性能
在负载均衡场景下，通过合理分 配流量到多个链路，可以降低网 络拥塞和提高数据传输效率。
冗余链路的类型
备份链路
备份链路是一种简单的冗余技术，其中一条链路作为主链 路，另一条作为备份。当主链路出现故障时，备份链路将 接管流量。
负载均衡
STP协议研究生成树协议的环路消除与冗余连接消除
STP协议研究生成树协议的环路消除与冗余连接消除在网络通信中，STP（Spanning Tree Protocol）协议被广泛应用于以太网交换机，用于保证网络的高可用性和可靠性。
该协议的主要作用是消除网络中可能引起环路的冗余连接，以确保数据的正常传输。
一、STP协议的基本原理STP协议通过构建一个无环的拓扑结构来避免广播风暴和数据包的无限循环。
该协议基于一种分布式算法，能够自动选择交换机中的某些接口作为阻塞端口或者关闭接口，从而消除冗余连接。
1.根桥的选举在STP协议中，首先需要选举出一台根桥（Root Bridge），该根桥是整个网络中的中心节点，起到控制和决策的作用。
根桥的选择是基于优先级（Bridge Priority）进行的，优先级越低的交换机被选为根桥。
2.生成树的构建生成树是一种无环的网络拓扑结构，它连接网络中的所有交换机，并选择一条最佳路径将数据从源主机传输到目标主机。
STP协议使用一种称为Dijkstra算法的方式来计算生成树，该算法能够选择出最短路径。
3.端口状态和状态转换STP协议中给每个端口定义了不同的状态，包括阻塞状态、监听状态、学习状态和转发状态。
这些端口状态会根据网络拓扑的变化而自动转换，实现对环路的消除和冗余连接的消除。
二、环路消除由于网络中存在着多个路径，可能会导致数据包在网络中无限循环，形成广播风暴，从而影响网络的正常工作。
STP协议通过以下方式来消除环路：1.指定根桥根据优先级选出一个根桥，在整个网络中充当控制节点。
所有的非根桥交换机都会选择一个向根桥的最佳路径，而其他冗余路径则被阻塞或关闭。
2.选择最佳路径STP协议利用Dijkstra算法选择根桥到其他交换机之间的最佳路径，将其作为生成树上的连接路径，而其他路径则被阻塞或关闭。
这样一来，每个交换机只有一个活跃连接，从而消除了环路。
3.端口状态的控制STP协议通过定义不同的端口状态来实现环路的消除。
阻塞状态的端口不会转发任何数据包，在防止环路的同时保证了网络的可用性。
项目6：交换机之间的冗余链路
项目6：交换机之间的冗余链路
6.2.4 STP过程 2. STP收敛步骤
一旦交换机启动完成，它们便立即开始发送BPDU帧 来通告自己的BID，试图成为根网桥。一开始，网络中的 所有交换机都会假设自己是广播域内的根网桥。交换机在 网络上泛洪的BPDU帧包含的根ID与自己的BID字段匹配， 这表明每台交换机都将自己视为根网桥。 每台交换机从邻居交换机收到BPDU帧时，都会将所 收到BPDU帧内的根ID与本地配置的根ID进行比较。如果 来自所接收BPDU帧的根ID比其目前的根ID更小，那么根 ID字段会更新以指示竞选根网桥角色的新的最佳候选者。
单播
路由器Y
网段1
交换机A
交换机B
网段2
图6.3 多帧复制
多帧复制导致网络中有大量的重复包
项目6：交换机之间的冗余链路
6.2.11.2 相关知识 生成树协议产生的原因
服务器／ 主机X 单播 路由器Y
网段1 端口0 交换机A 端口1 端口0 交换机B
端口1
网段2
图6.4 MAC地址表不稳定
项目6：交换机之间的冗余链路
项目6：交换机之间的冗余链路
6.2.4 STP过程 2. STP收敛步骤
步骤2：决定根端口 确定根网桥后，交换机开始为每一个交换机端口配置 端口角色。需要确定的第一个角色是根端口角色。 确定根端口这一过程发生在根网桥选举BPDU交换期间。 当含有新的根ID或冗余路径的BPDU帧到达时，路径开销会 立即更新。路径开销更新时，交换机进入决策模式，以确 定是否需要更新端口配置。系统并不会等到所有交换机在 根网桥上达成一致后才确定端口角色。因此，收敛期间给 定交换机端口的端口角色可能会多次改变，直到根ID最终 确定后才会稳定在自己的最终端口角色上。
stp方案
STP方案简介STP（Spanning Tree Protocol）是一种用于在以太网中构建冗余路径的网络协议。
当网络中存在多个交换机时，STP能够动态地选择一条最佳路径，同时避免网络中出现循环，并确保数据包在网络中传输的可靠性和稳定性。
本文将介绍STP的工作原理、配置方法以及常见问题的排查与解决方法。
工作原理STP的工作原理是通过一种称为树的数据结构来实现。
当网络中存在多个交换机时，STP会在这些交换机之间建立一棵树，并选择一条根（Root）到其他交换机的最佳路径。
在STP中，根交换机扮演着特殊的角色，它是树的根节点，负责为其他交换机分配树中的终端节点。
通过将树中的某些链路设置为备用链路，STP可以避免出现网络环路，确保数据包在网络中的正常传输。
STP通过以下步骤来选择最佳路径和防止出现环路： 1. 选举根交换机：在网络中选举一台交换机为根交换机，该交换机具有最小的根网桥ID（BID）。
2. 选择最短路径：通过比较交换机之间的路径开销（Path Cost）来选择最短路径。
路径开销是由交换机之间链路的带宽决定的，带宽越高，路径开销越低。
3. 禁用冗余链路：STP会自动将冗余链路禁用，以避免网络中出现环路。
配置方法配置STP需要考虑以下几个因素： 1. 确定根交换机：在网络中选择一台交换机作为根交换机。
可以通过手动配置BID的方式来确定根交换机，也可以通过自动选举的方式选择根交换机。
2. 配置路径开销：在STP中，路径开销取决于链路带宽。
可以通过手动配置链路带宽的方式来设置路径开销，也可以让交换机自动计算路径开销。
3. 设置端口优先级：在STP中，端口优先级用于决定哪个端口作为树中的根端口、指定端口和备用端口。
可以通过手动配置端口优先级的方式来设置。
下面是一个配置STP的示例：1. 进入交换机的配置模式：```switch# configure terminal```2. 开启STP功能：```switch(config)# spanning-tree mode rapid-pvst```3. 配置根交换机的BID：```switch(config)# spanning-tree vlan 1 root primary```4. 配置路径开销：```switch(config)# interface gigabitethernet 0/1switch(config-if)# spanning-tree cost 10```5. 配置端口优先级：```switch(config)# interface gigabitethernet 0/1switch(config-if)# spanning-tree port-priority 64```常见问题排查与解决方法在配置和运行STP时，可能会遇到一些常见问题。
STP协议解析实现环路消除的协议
STP协议解析实现环路消除的协议Simple Tree Protocol (STP) 是一种用于网络交换机的协议，主要用于解决网络拓扑中可能出现的环路问题，并实现网络的冗余路径。
一、STP协议的作用和原理STP协议的主要作用是通过选择一个主干网（Root Bridge）和关闭一些冗余路径，防止网络中的数据包在环路中无限循环，从而导致网络拥塞和异常。
其主要原理是通过选举Root Bridge以及通过路径开销来选择最佳路径，并且通过关闭某些端口来避免形成环路。
二、STP协议的工作原理1. Root Bridge的选举在STP网络中，所有的交换机都可以作为Root Bridge的候选者。
Root Bridge是网络中的中心节点，并且所有的路径都会指向Root Bridge。
选举的方式是通过比较桥优先级和MAC地址的大小，优先级越小、MAC地址越小的交换机具有更高的优先级成为Root Bridge。
2. 确定Root Bridge之后的路径计算一旦Root Bridge确定，每个交换机都会计算到达Root Bridge的最佳路径。
计算最佳路径的依据是端口的路径开销（Path Cost），路径开销通过端口速度和链路带宽计算得出。
路径开销越小，表示路径越短，具有更高的优先级。
交换机通过计算路径开销，选择最佳路径。
3. 关闭冗余路径STP协议会通过关闭一些冗余的路径来避免网络中的环路。
在STP网络中，每个交换机的端口都可能处于以下三种状态之一： - Root Port：该端口具有最佳路径到达Root Bridge，网络中的每个交换机都会有一个Root Port。
- Designated Port：该端口是网络中的一个特定段（Segment）的Root Port，具有次最佳路径到达Root Bridge。
- Blocking Port：该端口被关闭，用于消除网络中的环路。
当网络有多条路径到达Root Bridge时，会选择关闭其中一条路径上的端口。
项目六交换机链路冗余和生成树协议
Cisco的交换机默认是基于每VLAN的, vlan-id 指定关闭的 VLAN ID，可以用连接号或逗号隔开多个，VLAN ID范 围1~4094
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ关闭生成树协议 No spanning tree
• 3、根交换机配置 （1）以确定方式将某台交换机设置为根网桥 （2）将另外一台交换机配置为辅助根网桥
标志端口的确定
（1）一个网段距离根桥最近（路径开销）的端口 （2）当多个路径开销一致时，哪个端口所在的交换
机的优先级、MAC地址低则成为标志端口
*根桥上所有的端口都是标志端口 *根桥的所有端口都不能是阻塞状态
标志端口
根桥 标志端口
根端口
根端口
标志端口
总结
第1步：选择根桥（Root Bridge），唯一的根 桥被选举。
• 设置端口开销
swithc(config)#spanning-tree vlan 【vlan-list】 cost 【cost】
查看STP协议命令
Show spanning-tree Show spanning-tree detail
（1）配置BPDU：用于生成树计算 （2）拓扑变更通知BPDU：用于通知拓扑变化 • 根桥ID、根端口开销、发送者的桥的ID、发送 者端口的ID
STP端口的状态
• 阻塞（Blocking）延时20秒 • 监听（Listening）延时15秒 • 学习（Learning）延时15秒 • 转发（Forwarding） • 禁用（Shutdown）
负责在逻辑上解决环路问题的生成树协议， 最终可以将出现多个环路的、复杂的网络 的变成简单且无环路的树形结构。
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任务1 启用生成树协议（STP）解决冗 余链路引起的环路问题
• STP 的行为如下所述： • STP 强制某些端口进入备用状态，这样它们将不会侦听、转发或泛 洪数据帧。其总体效果是，对于每个网段，在任何时刻都只有一条前 往该网段的活动路径。 • 如果网络中的任何网段出现连接性问题，STP 将自动激活原本不处 于活动状态的路径（如果有的话），以重建连接性。 • 图6-12 是一个第二层网络被生成树消除环路后的最终状态。 • 3. 生成树的工作原理 • STP 的初始过程包含3 个选举步骤，它提供一个没有环路的逻辑网络 拓扑。
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任务1 启用生成树协议（STP）解决冗 余链路引起的环路问题
• 网桥采取如下4 个步骤进行配置消息优先级的比较，从而确定最优配 置消息： • 【步骤1】确定根交换机的RootID，RootID 小者优先。 • 【步骤2】如果RootID 相等，计算到根交换机的最小路径开销（ Root Path Cost），Root Path Cost 与接收端口的端口开销之和小 的优先级高。 • 【步骤3】如果前两者相等，确定最小的发送者BID（Transmitting Bridge ID）； • 【步骤4】如果前三个参数都相等，确定最小的端口ID（ Transmitting Port ID）。
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任务1 启用生成树协议（STP）解决冗 余链路引起的环路问题
• 当一个网桥第一次被激活时，其上所有端口每隔一个HELLO 时间（ 默认2 秒）发送一次BPDU；如果一个端口发现从其他网桥收到的 BPDU 比自己发送的好，则本地端口就停止发送BPDU；如果在MAX AGE（最大生存时间，默认20 秒）内没有从邻居网桥收到更好的 BPDU，本地端口则重新开始发送BPDU，即最大生存时间是最佳 BPDU 的超时时间。 • 2. 使用STP 解决问题 • STP 通过管理前往给定网段的路径消除了环路。STP 允许存在冗余 物理路径，同时能够防范网络中活动的环路所带来的负面影响。STP 是一个IEEE 标准，它是在802.1D 中定义的。图6-11 说明通过阻塞 端口可防止数据流在网段之间循环。
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• STP 要求给每台交换机和网桥指定一个独一无二的BID。通常，BID 由优先级（2 字节）和网桥的MAC 地址（6 字节）组成。IEEE 802.1D 建议的默认值为32768（对应的二进制值为 1000000000000000，而十六进制值为0x8000），这是优先级取值 范围中的中间值。网桥ID 最小的网桥将成为根网桥。 • 4. 根网桥选举示例 • 在图6-13 中，两台交换机都使用默认优先级，因此MAC 地址较小的 交换机将成为根网桥。在这个示例中，根网桥为交换机X，其BID 为 0x8000（0c00.1111.1111）。
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• （1）查看端口的STP 状态“display stp interface Ethernet XX”是 否正确。 • 【Switch A 交换机的配置P）解决冗 余链路引起的环路问题
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• 5. STP 的端口状态 • 在网桥已经确定了根端口、指定端口和非指定端口后，STP 就准备 开始创建一个无环拓扑了。 • 为创建一个无环拓扑，STP 配置根端口和指定端口转发流量以及非 指定端口阻塞流量。 • 实际上，STP 决定端口转发和阻塞看似只有两个状态，实际上有五 种状态。 • （1）禁用Disabled，为了管理目的或者因为发生故障将端口关闭。 • （2）阻塞Blocking，在初始启用端口之后的状态。端口不能接收或 者传输数据，不能把MAC 地址加入地址表，只能接收BPDU。
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• 指定端口处于转发状态，被指定用于将数据流转发到特定网段。处于 转发状态时，端口可以发送和接收数据流。在图6-10 中，左边的交 换机X 被选举为根网桥。 • 根交换机是一个具有最小BID 的网桥，它是唯一的，是通过交换 BPDU 选举得出来的。 • BPDU 是网桥之间用来交换生成树信息的特殊帧，它在网桥之间传播 ，包括交换机和所有配置来进行桥接的路由器，BPDU 不携带终端用 户流量。 • BPDU 包括根BID、根路径开销、发送者BID 和端口ID 信息。 • 也就是说，交换机通过传递BPDU 来发现谁是最小的BID，从而将具 有最小BID 的网桥作为根交换机。
• 【相关知识】
• 1. 配置消息（BPDU） • 生成树协议定义了一个数据包，叫做桥协议数据单元（BPDU， Bridge Protocol Data Unit）。网桥用BPDU 来相互通信，并用 BPDU 的相关机能来动态选择根桥和备份桥。BPDU 有两种。一种 为生成树时的配置BPDU，一种为网络拓扑发生变化时发出的TCN BPDU。
• • • • •
【工作过程3】配置网络运行STP 协议 【Switch A 交换机的配置】 启动生成树协议： ［SwitchA］stp enable 【Switch B 交换机的配置】
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• • • • • • • • • 启动生成树协议： ［SwitchB］stp enable 【Switch C 交换机的配置】 启动生成树协议： ［SwitchC］stp enable 【Switch D 交换机的配置】 启动生成树协议： ［SwitchD］stp enable 在系统视图下配置STP 协议之后，在默认情况下，交换机的每一个 端口都启用了STP协议。
• 【实验设备与版本】
• • • • 计算机：2 台有以太网接口的计算机（其中一台需要有COM 口）； 线缆：五类交叉线4 根，RJ-45 to DB-9 Console 线缆1 根； 以太网交换机：H3C S2126-EI Version 3.10 RELEASE 2107 4 台。 【工作过程1】根据图6-10 完成设备的连接（过程略）
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• 【Switch D 交换机的配置】
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• 【Switch B 交换机的配置】
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• Max hops ：20 • 【Switch C 交换机的配置】
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• 端口可以处于5 种状态，上例中端口1（E1/0/1）处于转发状态，并 指明端口为根端口，也就是到根网桥Switch B 路径开销最小的端口 。根路径的开销为200，这是快速以太网链路的默认值。端口的优先 级为128，本端口链路的指定网桥为Switch B。
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• STP 的BPDU 帧格式如下
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• 最初，所有网桥都发送以自己为根网桥的配置消息，并为每个端口存 储一个其收到的最佳BPDU，当有其他BPDU 到达交换机的端口时， 交换机会通过四步判决过程来判断此BPDU 是否比该端口原来存储的 BPDU 更好，如果新收到的BPDU（或者本地生成的BPDU）更好， 则以其替换原有值。
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• • • • 【步骤1】选举根网桥。 【步骤2】在非根网桥中选举根端口。 【步骤3】在每个网段上选举一个指定端口。 在网络第一次“初始”时，所有网桥都洪泛混合的BPDU 信息，网桥 通过执行STP 四步判决过程，形成整个网络或VLAN 唯一的生成树 。在网络稳定后，BPDU 从根网桥流出，沿着无环支路到达网络中的 每一个网段。网络发生变化时，生成树协议按照以下3 个步骤做出处 理。 • 【步骤1】选举根网桥。STP 需要选举根网桥。在给定网络中，只有 一台网桥为根网桥。根网桥的所有端口都是指定端口。
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• 最初，交换机总将自己认为是根网桥，当它发现有比自己小的BID 时， 就将收到的具有最小BID 的交换机作为根网桥。 • 【步骤2】在非根网桥中选举根端口。STP 在每台非根网桥中选择一 个根端口。根端口到根网桥的路径成本最低，且处于转发状态。生成 树路径成本是根据带宽计算得到的累积成本。在图6-10 中，从右边 交换机Y 到根网桥的成本最低的路径是经过100BASE-T 快速以太网 链路的那条。每一个非根交换机都必须选举一个根端口。 • 【步骤3】在每个网段上选举一个指定端口。STP 在每个网段中选举 一个指定端口。指定端口在到根网桥的路径成本最低的网桥中选择。
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