生成树和快速生成树原理详解
生成树协议原理
生成树协议原理生成树协议是一种基于链路层的协议，它通常在以太网交换机上实现，用于管理以太网局域网中的网络拓扑。
生成树协议的工作原理是通过使用一个根桥（Root Bridge）和多个非根桥（Non-Root Bridge）来建立一颗树状结构，以确保网络中没有环路存在。
生成树协议的核心算法是通过一种称为生成树算法（Spanning Tree Algorithm）来找到从根桥到每个非根桥的最短路径，从而构建一颗最小生成树。
最小生成树是一种能够连接所有节点并且没有环路的树状结构，它是生成树协议的基础，用于确定网络中数据包的传输路径。
生成树协议的工作流程包括以下几个关键步骤：1. 选择根桥：在网络中通过比较桥（Bridge）的优先级和MAC地址来确定根桥，根桥是生成树中的根节点，所有数据包都将通过根桥进行转发。
2. 计算生成树：每个非根桥通过生成树算法计算到根桥的最短路径，确定自己在生成树中的位置，并将该信息传播到整个网络中。
3. 确定端口状态：每个桥根据生成树信息确定哪些端口可以用于数据包的传输，哪些端口需要阻断以避免环路的产生。
4. 更新生成树：在网络拓扑发生变化时，生成树协议会重新计算生成树，并更新每个桥的状态，重新确定最佳路径。
5. 数据包转发：根据生成树确定的路径，数据包会被从源地址传输到目的地址，通过生成树结构保证数据包的正常传输。
生成树协议的优点是可以有效避免数据包在网络中的循环传输，提升网络通信的稳定性和可靠性。
生成树协议能够自动适应网络拓扑的变化，快速重新计算生成树，并重新确定最佳传输路径，从而保证网络快速恢复到正常状态。
然而，生成树协议也存在一些局限性。
生成树协议在网络中设置大量的桥和端口时，会造成网络拓扑复杂，生成树的计算和更新会消耗大量的网络资源。
此外，生成树协议需要在所有交换机上进行配置和管理，当网络规模较大时，配置和管理网络可能会变得困难。
为了解决生成树协议的一些局限性，IEEE制定了一系列的生成树协议标准，包括802.1D、802.1w和802.1s等。
快速生成树rstp配置实验总结
快速生成树rstp配置实验总结快速生成树（Rapid Spanning Tree Protocol，RSTP）是一种用于构建以太网的冗余拓扑的协议。
它是IEEE 802.1w标准中定义的一种快速生成树协议，相对于传统的生成树协议STP（Spanning Tree Protocol），RSTP具有更快的收敛时间和更高的效率。
在进行RSTP配置实验之前，首先需要了解RSTP的基本原理和工作方式。
RSTP通过选择一个主端口和备用端口来构建快速生成树，主端口用于转发数据，备用端口则处于阻塞状态以备份主端口。
当主端口发生故障或链路出现变化时，备用端口会迅速切换为主端口，以保证网络的连通性和冗余。
RSTP通过发送BPDU（Bridge Protocol Data Unit）消息来交换拓扑信息，并利用端口优先级和端口状态来选择主备端口。
在实际配置过程中，首先需要确保网络中的所有交换机都支持RSTP 协议。
然后，通过登录交换机的管理界面或命令行界面，进入交换机的配置模式。
接下来，按照以下步骤进行RSTP配置：1. 配置全局RSTP参数：设置全局RSTP参数，包括优先级、Hello 时间和最大转发延迟等。
优先级用于选择根交换机，Hello时间用于控制BPDU消息的发送频率，最大转发延迟用于控制端口状态的转换速度。
2. 配置端口RSTP参数：对每个端口进行RSTP参数的配置，包括端口优先级、端口类型和端口状态等。
端口优先级用于选择主备端口，端口类型可以设置为指定端口、非指定端口或备用端口，端口状态可以设置为指定端口、非指定端口、备用端口、阻塞端口或禁用端口。
3. 配置RSTP实例：将交换机的端口划分为多个RSTP实例，可以根据网络的需求进行相应的配置。
每个RSTP实例都有一个唯一的标识符，用于区分不同的实例。
4. 配置RSTP根交换机：选择一个交换机作为RSTP的根交换机，根交换机具有最高的优先级，负责控制整个网络的拓扑。
实验五 快速生成树配置
实验五快速生成树配置实验目标理解生成树协议工作原理；掌握快速生成树协议RSTP基本配置方法；实验背景学校为了开展计算机教学和网络办公，建立的一个计算机教室和一个校办公区，这两处的计算机网络通过两台交换机互联组成内部校园网，为了提高网络的可靠性，作为网络管理员，你要用2条链路将交换机互连，现要求在交换机上做适当配置，是网络避免环路。
技术原理生成树协议（spanning-tree）,作用是在交换网络中提供冗余备份链路，并且解决交换网络中的环路问题；生成树协议是利用SPA算法，在存在交换机环路的网络中生成一个没有环路的属性网络，运用该算法将交换网络的冗余备份链路从逻辑上断开，当主链路出现故障时，能够自动的切换到备份链路，保证数据的正常转发。
生成树协议版本：STP、RSTP（快速生成树协议）、MSTP（多生成树协议）。
生成树协议的特点收敛时间长。
从主要链路出现故障到切换至备份链路需要50秒时间。
快速生成树在生成树协议的基础上增加了两种端口角色，替换端口或备份端口，分别作为根端口和指定端口。
当根端口或指定端口出现故障时，冗余端口不需要经过50秒的收敛时间，可以直接切换到替换端口或备份端口，从而实现RSTP协议小于1秒的快速收敛。
实验步骤新建packet tracer拓扑图默认情况下STP协议是启用的。
通过两台交换机之间传送BPDU协议数据单元。
选出跟交换机、根端口等，以便确定端口的转发状态。
图中标记为黄色的端口处于block堵塞状态。
设置RSTP。
查看交换机show spanning-tree状态，了解跟交换机和根端口情况。
通过更改交换机生成树的优先级spanning-tree vlan 10 priority 4096可以变化跟交换机的角色。
测试。
当主链路处于down状态时候，能够自动的切换到备份链路，保证数据的正常转发。
实验设备Switch_2960 2台；PC 2台；直连线（各设备互联）PC1IP: 192.168.1.2Submask: 255.255.255.0Gateway: 192.168.1.1PC2IP: 192.168.1.3Submask: 255.255.255.0Gateway: 192.168.1.1S1enshow spanning-treeconf thostname S1int fa 0/10switchport access vlan 10exitint rang fa 0/1 - 2switchport mode trunkexitspanning-tree mode rapid-pvst endS2enconf thostname S2int fa 0/10switchport access vlan 10 exitint range fa 0/1 - 2 switchport mode turnkexitspanning-tree mode rapid-pvst endshow spanning-treePC1ipconfigping -t 192.168.1.3S2enconf tint fa 0/1shut（查看PC1的ping情况是否正常）。
快速生成树协议
快速生成树协议1. 简介快速生成树协议（Rapid Spanning Tree Protocol，简称RSTP）是一种用于构建和维护网络中的生成树的协议。
生成树是一个无环的拓扑结构，能够确保数据在网络中以最佳路径传输，避免了网络中的循环路径，提高了网络的可靠性和性能。
RSTP是对经典生成树协议（Spanning Tree Protocol，简称STP）的改进和优化，它的设计目标是在网络拓扑结构发生变化时，尽快地适应变化，并通过快速收敛恢复网络正常运行。
2. 生成树协议的背景在一个复杂的网络中，存在着大量的交换机和链路，如果不采取措施，很容易出现网络中的循环路径。
循环路径会导致数据包在网络中不断地循环传输，浪费了网络带宽和资源，甚至会导致网络的瘫痪。
为了解决这个问题，生成树协议应运而生。
生成树协议通过在网络中选择一棵无环的拓扑结构，将网络划分为一个主干路径和多个支线路径，确保数据只在主干路径上传输，避免了循环路径的问题。
3. RSTP的特点RSTP相对于STP具有以下几个特点：3.1 快速收敛当网络拓扑结构发生变化时，RSTP能够更快地收敛，恢复网络的正常运行。
RSTP引入了Port Roles（端口角色）和Port States（端口状态）的概念，通过优化根据端口角色和状态的变化，减少了收敛时间。
3.2 兼容STPRSTP是对STP的改进，它与STP保持了一定的兼容性。
RSTP可以与STP的设备进行交互，逐步替代STP，而无需对网络基础设施进行大规模的升级。
3.3 拓扑变化通告RSTP引入了拓扑变化通告机制，当网络发生拓扑变化时，会通过特定的消息通知其他设备。
这种机制能够快速地传播拓扑变化信息，加速网络的收敛过程。
3.4 多实例支持RSTP支持在一个物理设备上运行多个独立的生成树实例。
这种支持使得网络管理员能够根据实际需求，灵活地构建多个生成树，提高网络的可用性和性能。
4. RSTP的工作原理RSTP的工作原理可以概括为以下几个步骤：4.1 生成树根选举在RSTP网络中，首先需要选举出一台交换机作为生成树的根节点（Root Bridge）。
STP生成树的工作原理
STP生成树的工作原理生成树协议（Spanning Tree Protocol，STP）是用于在以太网交换网络中防止环路的协议。
它的工作原理是通过计算生成一棵树，从而选择出一条主路径，并且屏蔽其他冗余的路径。
STP能够确保相同的数据包不会无限制地在网络中进行广播和转发，从而避免了环路导致的网络拥塞和数据包多次传输的问题。
STP的工作原理可以分为以下几个步骤：2.根端口选择：一旦根桥被选举出来，交换机就会选出一条用于连接到根桥的最佳路径。
根端口是指能够到达根桥的最佳路径上的接口。
交换机通过比较根桥的桥ID和路径上交换机的桥ID来选择根端口。
桥ID由优先级和MAC地址组成。
3.非根桥的端口状态：除了根端口外，其余的端口分为两种状态：指定端口和备选端口。
指定端口是指在特定路径上的唯一可用端口，用于传送数据。
备选端口是指在指定路径上的多个可用端口中的备用端口。
4.换届选举：当网络拓扑结构发生变化时，例如添加或删除交换机，就会触发换届选举。
换届选举是为了确保生成的树仍然是有效的。
在换届选举中，交换机会重新选择根桥和根端口。
生成树协议的原理在于维护一棵树状结构，从而避免环路的发生。
在生成树中，只有根桥和根端口是处于工作状态的，其他的端口都处于阻塞状态，不参与数据传输。
当有链路出现故障或者网络拓扑结构发生变化时，生成树协议会重新计算生成一棵全新的树，从而确保网络的稳定性。
STP的生成树协议是目前广泛应用于以太网交换网络中的环路防护协议。
其工作原理简单明了，通过选举和计算生成一棵树，从而选择出主路径，并屏蔽冗余路径，确保网络的稳定和可靠性。
STP的工作原理对于搭建大型网络和解决网络拓扑结构变化问题具有重要意义。
rstp原理
rstp原理RSTP原理RSTP，即快速生成树协议（Rapid Spanning Tree Protocol），是新一代的生成树协议，是基于STP的改进版本。
RSTP可以在网络发生拓扑变化的情况下，快速收敛生成树，使网络快速恢复正常运行状态，提高网络可靠性和容错性。
RSTP工作原理RSTP通过减少BPDU传递次数和端口状态转移次数，实现了快速生成树的目的。
在RSTP中，根交换机将BPDU 通过多个端口发送出去，以便让下游交换机能够了解到拓扑变化的信息。
当一个交换机收到BPDU时，它将检查源MAC地址来确定发送BPDU的交换机，根据BPDU中的信息，将BPDU向下传递或忽略。
在STP中，交换机选举根交换机的时间比较长，可能需要数十秒钟。
而在RSTP中，交换机不需要等待完整的BPDU生成树的构建，而是根据BPDU的优先级和MAC地址进行快速选主。
同时，当一个交换机与根交换机的连接断开时，它能够立即从变为指定端口或非根端口，而不需要等待协议计时器过期。
这样，当交换机出现故障或拓扑变化时，STP需要较长的时间来重新计算生成树，而RSTP通过快速选主和转移端口的方式，实现了更快的收敛时间，从而提高了网络可靠性和效率。
RSTP中的端口状态在RSTP中，端口状态分为以下几种：• Disabled（禁止状态）：端口已被禁用，不会进行转发。
• Blocking（阻塞状态）：端口会接收BPDU，但不会转发数据包。
• Listening（监听状态）：端口会接收BPDU，等待STP计时器完成后，进入学习状态。
• Learning（学习状态）：端口进入学习状态后，开始学习VLAN和MAC地址，但不会转发数据包。
• Forwarding（转发状态）：端口可以正常转发数据包。
当拓扑发生变化时，会出现端口状态的变化。
例如，如果一个端口从Forwarding状态变为Blocking状态，说明树中的一些链路关闭，需要重新计算生成树路径。
STP经典详解
STP经典详解stp（spanningtreeprotocol）是生成树协议的英文缩写。
该协议可应用于环路网络，通过一定的算法实现路径冗余，同时将环路网络修剪成无环路的树型网络，从而避免报文在环路网络中的增生和无限循环。
STP的基本原理是通过在交换机之间传递特殊的协议消息（该协议消息在IEEE802.1d中称为“配置消息”）来确定网络拓扑。
配置消息包含足够的信息，以确保交换机完成生成树计算。
生成树协议STP/rstp1技术原理：stp的基本思想就是生成“一棵树”，树的根是一个称为根桥的交换机，根据设置不同，不同的交换机会被选为根桥，但任意时刻只能有一个根桥。
由根桥开始，逐级形成一棵树，根桥定时发送配置报文，非根桥接收配置报文并转发，如果某台交换机能够从两个以上的端口接收到配置报文，则说明从该交换机到根有不止一条路径，便构成了循环回路，此时交换机根据端口的配置选出一个端口并把其他的端口阻塞，消除循环。
当某个端口长时间不能接收到配置报文的时候，交换机认为端口的配置超时，网络拓扑可能已经改变，此时重新计算网络拓扑，重新生成一棵树。
2.功能介绍：生成树协议最主要的应用是为了避免局域网中的网络环回，解决成环以太网网络的“广播风暴”问题，从某种意义上说是一种网络保护技术，可以消除由于失误或者意外带来的循环连接。
stp也提供了为网络提供备份连接的可能，可与sdh保护配合构成以太环网的双重保护。
新型以太单板支持符合ieee802.1d标准的生成树协议stp及ieee802.1w规定的快速生成树协议rstp，收敛速度可达到1s。
然而，由于协议机制本身的局限性，STP保护的速度较慢（即使1s的收敛速度也不能满足载波级的要求）。
如果城域网采用STP技术，用户网络的动荡将导致运营商网络的动荡。
目前，在由MSTP组成的环网中，由于SDH保护切换时间远快于STP协议的收敛时间，系统仍采用sdhms-spring或SNCP，切换时间一般小于50ms。
STP生成树原理和配置
STP生成树原理和配置STP（Spanning Tree Protocol）是生成树协议的英文缩写。
该协议可应用于环路网络，通过一定的算法实现路径冗余，同时将环路网络修剪成无环路的树型网络，从而避免报文在环路网络中的增生和无限循环。
STP的基本原理是，通过在交换机之间传递一种特殊的协议报文（在IEEE 802.1D中这种协议报文被称为“配置消息”）来确定网络的拓扑结构。
配置消息中包含了足够的信息来保证交换机完成生成树计算。
生成树协议STP/RSTP1. 技术原理：STP的基本思想就是生成“一棵树”，树的根是一个称为根桥的交换机，根据设置不同，不同的交换机会被选为根桥，但任意时刻只能有一个根桥。
由根桥开始，逐级形成一棵树，根桥定时发送配置报文，非根桥接收配置报文并转发，如果某台交换机能够从两个以上的端口接收到配置报文，则说明从该交换机到根有不止一条路径，便构成了循环回路，此时交换机根据端口的配置选出一个端口并把其他的端口阻塞，消除循环。
当某个端口长时间不能接收到配置报文的时候，交换机认为端口的配置超时，网络拓扑可能已经改变，此时重新计算网络拓扑，重新生成一棵树。
2. 功能介绍：生成树协议最主要的应用是为了避免局域网中的网络环回，解决成环以太网网络的“广播风暴”问题，从某种意义上说是一种网络保护技术，可以消除由于失误或者意外带来的循环连接。
STP也提供了为网络提供备份连接的可能，可与SDH保护配合构成以太环网的双重保护。
新型以太单板支持符合ITU-T 802.1d标准的生成树协议STP及802.1w规定的快速生成树协议RSTP，收敛速度可达到1s。
但是，由于协议机制本身的局限，STP保护速度慢（即使是1s的收敛速度也无法满足电信级的要求），如果在城域网内部运用STP技术，用户网络的动荡会引起运营商网络的动荡。
目前在MSTP 组成环网中，由于SDH保护倒换时间比STP协议收敛时间快的多，系统采用依然是SDH MS-SPRING或SNCP，一般倒换时间在50ms以内。
图论生成树的概念与性质PPT课件
该定理给出了求连通图G的所有生成树的方法：
(1) 写出G的关联矩阵，进一步写出基本关联矩阵，记住参考点；
8
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(2) 找出基本关联矩阵的非奇异主子阵，对每个这样的主子阵，画出相 应的生成树。
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n 2 1
C
1
n 1
0 1
于是由矩阵树定理：
0
1
n 2
n 1 1 1 n 1 (Kn e) 1 1 1 1
1 1 1 1
n 1 1 1 n 2
n 1 1
1 1 n 1 1
1 0
1 n 1 1 1 1 n 1 1 0
1 1 n 1 1 1 1 n 1 0
1 1
例6 求下图G的回路空间的一个基底和它的全部元素。
25
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a
f
cd
g
e
b
h
G
解：取G的一棵生成树T为：
a
d
g
b T
G对于生成树T的基本回路为：
C1 ,b, d, g, h C4 d, f , g
26
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图形为：
a c
b
利用破圈法，显然也可以求出任意图的一个生成森林。
3
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推论 若G是(n, m)连通图，则m≧n-1 连通图G的生成树一般不唯一！
(二)、生成树的计数
1、凯莱递推计数法 凯莱(Cayley 1821—1895): 剑桥大学数学教授，著名代数学家，发表
论文数仅次于Erdos ,Euler, Cauchy. 著名成果是1854年定义了抽象群，并 且得到著名定理：任意一个群都和一个变换群同构。同时，他也是一名出 色的律师，作律师14年期间，发表200多篇数学论文，著名定理也是在该 期间发表的。
rstp 协议 原理
rstp 协议原理RSTP协议原理RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol，快速生成树协议）是一种用于构建网络拓扑的协议，它是STP（Spanning Tree Protocol，生成树协议）的改进版本。
RSTP协议通过快速收敛的方式，提供了更快的网络恢复速度和更高的网络可靠性。
RSTP协议的主要原理是通过端口状态的变化来实现快速收敛。
在STP中，当网络拓扑发生变化时，需要等待一段时间（通常为30秒）才能完成重新计算生成树。
而RSTP协议引入了端口状态的概念，将端口分为指定端口（Designated Port）、根端口（Root Port）、非指定端口（Non-Designated Port）等几种状态，从而实现了更快的收敛。
RSTP协议的工作原理如下：1.选举根桥：网络中的所有交换机首先通过比较桥优先级和桥MAC 地址来选举出一个根桥。
选举规则是优先级越低、MAC地址越小的交换机越有可能成为根桥。
2.选举根端口：每个交换机都通过比较到达根桥的路径成本来选举根端口。
路径成本是根据链路带宽计算得出的，带宽越大，路径成本越低，优先级越高。
选举规则是路径成本越低的端口越有可能成为根端口。
3.选举指定端口：在每个交换机上，除了根端口外，还会选举出一个或多个指定端口。
指定端口是指与根桥相连的最短路径上的端口。
选举规则是路径成本越低的端口越有可能成为指定端口。
4.选举非指定端口：在每个交换机上，除了根端口和指定端口外，剩下的端口都被称为非指定端口。
非指定端口是指与根桥相连的非最短路径上的端口。
非指定端口的存在是为了避免网络出现环路。
5.端口状态转换：当网络中的拓扑发生变化时，RSTP协议会根据端口的状态进行相应的转换。
当一个端口的状态发生变化时，RSTP协议会通过发送BPDU（Bridge Protocol Data Unit）消息来通知其他交换机。
其他交换机收到BPDU消息后，会根据收到的信息更新自己的端口状态，从而实现快速收敛。
实验五：生成树协议
一、生成树协议（STP，Spanning Tree Protocol）STP的主要任务是阻止在第2层网络（网桥或交换机）上产生网络环路。
它警惕地监视着网络中的所有链路，通过关闭任何冗余的接口来确保在网络中不会产生环路。
STP采用生成树算法（STA），它首先创建一个拓扑数据库，然后搜索并破坏掉冗余的链路。
运行STA算法之后，帧就只能被转发到保险的有STP挑选出来的链路上。
生成树协议目前常见的版本有STP（生成树协议IEEE802.1d）、RSTP(快速生成树协议IEEE802.1w)、MSTP（多生成树协议IEEE802.1s）。
注：STP是第2层协议，用来维护一个无环路的交换式网络。
生成树术语：根桥（Root brigde）：根桥是桥ID最低的网桥。
对于STP来说，关键的问题是为网络中所有的交换机推选一个根桥，并让根桥成为网络中的焦点。
在网络中，所有其他的决定-比如哪一个端口要被阻塞，哪一个端口要被置为转发模式-都是根据根桥来判断来做出选择的。
BPDU（桥协议数据单元）：所有交换机之间都交换信息，并利用这些信息来选出根交换机，也根据这些信息来进行网络的后续配置。
每台交换机都对桥协议数据单元（Bridge Protocol Data Unit）中的参数进行比较，它们将BPDU传送给某个邻居，并在其中放如入它们从其他邻居那里收到的BPDU。
桥ID（Bridge ID）：STP利用桥ID来跟踪网络中的所有交换机。
桥ID是由桥优先级（在所有Cisco交换机上，默认的优先级为32768）和MAC地址的组合来决定的。
非根桥（Nonroot bridge）：除了根桥外，其他所有的网桥都是非根桥。
它们相互之间都交换BPDU，并在所有交换机上更新STP拓扑数据库，以防止环路并对链路失效采用补救措施。
端口开销（Port cost）：当两台交换机之间有多条链路且都不是根端口时，就根据端口开销来决定最佳路径，链路的开销取决于链路的带宽。
生成树协议的工作原理
生成树协议的工作原理篇一：STP生成树的工作原理STP生成树的工作原理一、STP生成树的工作原理STP的基本原理可以归纳为三步，选择根网桥RB、选择根端口RP、选择指定端口DP。
然后把根端口、指定端口设为转发状态，其它接口设为阻塞状态，这样一个逻辑上无环路的网络拓扑就形成了。
1.选择根网桥选择根网桥的依据是网桥ID,由优先级和MAC地址组成，先看优先级，优先级相同时再看MAC地址，值越小越优先选择。
根网桥的选择过程与政治选举类似。
2.选择根端口每一个非根网桥将从其接口选出一个到根网桥管理成本（administrative cost）最低的接口作为根端口，选择的依据是(1)自身到达根网桥的根路径成本最低的接口。
根路径成本的计算是，接口收到BPDU中所包含的成本与接口的成本的累加。
(2)直连网桥ID最小(3)端口ID最小3.选择指定端口当一个网段中有多个网桥时，这些网桥会将他们到根网桥的管理成本都通告出去，其中具有最低管理成本的网桥将作为指定（designated）网桥。
指定网桥中发送最低管理成本的BPDU的接口是该网段中的指定端口。
在每段链路上，选择一个指定端口，选择的依据是：(1)发送最低根路径成本的BPDU的接口(2)所在网桥ID最小(3)端口ID最小总结：选举根端口，比较接收的BPDU选举指定端口，比较发送的BPDU二、STP拓扑稳定后，所以工作中的交换机接口都将处于转发或阻塞状态，生成树的工作过程如下：(1)根交换机创建成本为0的Hello BPDU，并向其所有接口转发出去(2)邻接的非根网桥将接收的hello数据包中的成本加上接收端口的成本后，从指定端口转发出去。
(3)每经过一个hello时间周期根网桥重复步骤(1)，非根网桥重复步骤(2)，直到网络拓扑发生变化。
总结一下：STP拓扑稳定后，根网桥通过每2s的hello时间创建和发送helloBPDU,非根网桥通过根端口接收BPDU,并且从从指定端口转发改变后的BPDU。
RSTP协议分析快速生成树协议的工作原理与应用
RSTP协议分析快速生成树协议的工作原理与应用RSTP协议分析：快速生成树协议的工作原理与应用快速生成树协议（Rapid Spanning Tree Protocol，RSTP）是一种用于构建冗余网络拓扑的协议，其主要作用是在网络出现链路故障时，快速重新计算并选取最佳的转发路径，以保证网络的高可用性和稳定性。
本文将详细介绍RSTP协议的工作原理与应用，并探讨其与其他生成树协议（如STP）的区别与优势。
一、RSTP协议的工作原理RSTP协议是基于IEEE 802.1D标准的生成树协议的改进版本，其工作原理可以概括为以下几个步骤：1. 端口状态的转换RSTP协议引入了三种新的端口状态，包括指定端口（Designated Port）、根端口（Root Port）和替代端口（Alternate Port）。
通过快速响应链路状态变化，RSTP协议能够快速将端口从一个状态切换到另一个状态，减少网络收敛时间。
2. BPDU（Bridge Protocol Data Unit）优化RSTP协议优化了BPDU报文的传输方式，通过使用BPDU副本来降低网络中的BPDU报文数量，提高了网络的传输效率。
3. 快速收敛RSTP协议通过快速传播信息、确定最佳路径并阻塞非最佳路径的方式，实现了快速网络收敛。
当网络链路发生故障时，RSTP协议能够快速计算出新的拓扑结构，并使用最佳路径进行数据转发，从而避免了数据包的延迟和丢失。
4. 多实例支持RSTP协议支持多实例的特性，可以在一个交换机上同时运行多个RSTP实例。
通过多实例的支持，RSTP可以更加灵活地适应不同网络环境和需求，提高网络的可用性。
二、RSTP协议的应用RSTP协议广泛应用于企业局域网（LAN）和校园网等网络环境中，具有以下几个重要的应用场景：1. 网络冗余RSTP协议通过自动检测和屏蔽链路故障，提供了网络冗余的解决方案。
当一条链路发生故障时，RSTP协议能够快速重新计算生成树，并选择最佳转发路径，实现网络的无缝切换，确保网络的可用性和可靠性。
简述生成树协议的工作原理(一)
简述生成树协议的工作原理(一)生成树协议什么是生成树协议生成树协议是一种用于网络交换机的协议，用来避免在网络中出现环路，保证网络通信的稳定性。
它通过选择一条主干路径，并且屏蔽掉其他的冗余路径，使得数据流向更加高效和可靠。
生成树协议的原理生成树协议的工作原理可以概括为以下几个步骤：1.建立拓扑：将所有的网络交换机连接起来形成一个拓扑结构，包含有向边和交换机节点。
2.根交换机的选举：在拓扑结构中选择一个交换机作为根交换机，这个根交换机的选举是根据交换机的优先级来进行的，优先级越高的交换机被选为根交换机。
3.端口角色的选择：每个交换机的端口根据其与根交换机的距离来确定其角色，距离最短的端口被选为根端口，其他的端口会进一步竞选成为指定端口或者阻塞端口。
4.指定端口的选举：指定端口是除了根端口外，接收到根交换机信息的端口。
在拓扑结构中，生成树协议通过计算路径代价，选举出每个交换机到根交换机的最短路径，并指定相应的端口为指定端口，其他非指定端口则会被阻塞。
5.阻塞端口的操作：交换机的阻塞端口不会向外发送任何的数据包，只能接收到其他端口发送的数据包。
6.路径修复：如果出现链路故障或者新的交换机加入网络，生成树协议会及时检测到变化，并进行重新计算和调整，以保持网络的稳定性。
7.数据转发：生成树协议最终会形成一棵树状结构，根交换机负责将数据包转发到其他交换机上，其他交换机再转发给它们的子交换机，以此类推，保证数据在整个网络中的高效传输。
生成树协议的工作流程生成树协议的工作流程可以用以下步骤来概括： - 步骤1：选举根交换机 - 步骤2：选择根端口 - 步骤3：计算最短路径并选择指定端口 - 步骤4：阻塞非指定端口 - 步骤5：检测链路变化并重新计算路径 - 步骤6：数据转发生成树协议的优点生成树协议的使用能够带来以下几个优点： - 避免数据包在网络中的环路传输，保证数据的高效传输。
- 支持网络拓扑的变化，能够及时检测链路故障并进行修复。
生成树协议STP和快速生成树协议RSTP的配置及原理
生成树协议STP和快速生成树协议RSTP的配置及原理生成树协议STP和快速生成树协议RSTP：生成树协议的由来：由于网络中会存在单点故障而导致网络无法访问，系统瘫痪，因此在网络中提供冗余链路即引入备份链路来解决单点故障问题，但是------这样做的好处是：减少单点故障，增加网络可靠性；缺点是：产生交换环路，会导致广播风暴、多帧复制、MAC地址表抖动。
因此生成树协议是为了提供冗余链路，解决环路问题（作用）。
生成树协议的原理：使冗余端口置于“阻塞状态”；网络中的计算机在通信时，只有一条链路生效；当原本的链路出现故障时，将处于“阻塞状态”的端口重新打开，从而确保网络连接稳定可靠。
实验目的：使网络在有冗余链路的情况下避免环路的产生，避免广播风暴等实验拓扑：配置过程：（此实验需要先配置再连线，只能在真实机上做）生成树协议STP：1.开启生成树协议：（A和B同）switchA#configure terminal 进入全局配置模式switchA(config)#spanning-tree 开启生成树协议2.设置生成树模式：（A和B同）switchA(config)#spanning-treemode stp ！设置生成树模式为STP（802.1D）验证测试：验证生成树协议模式为802.1D3.验证生成树协议已经开启：（A和B同）switchA#showspanning-tree ！显示交换机生成树的状态switchA#showspanning-tree interface fastEthernet 0/1 ！显示交换机接口fastethernet0/1的状态switchA#showspanning-tree interface fastEthernet 0/2 ！显示交换机接口fastethernet0/2的状态4.测试结果：C:\Users\pdsu>ping -t192.168.10.1正在Ping192.168.10.1 具有32 字节的数据:请求超时。
交换机的生成树原理
交换机的生成树原理
交换机生成树的原理是基于生成树算法，目的是确保交换机网络中没有环路，并通过选择合适的路径来实现数据的转发和转发。
生成树算法通常使用的是Spanning Tree Protocol (STP)。
STP的工作原理如下：
1. 每个交换机被配置为一个Bridge Root，也就是一个网络中最主要的交换机，所有其他交换机将通过STP选择一条路径连接到这个Root上。
2. 交换机通过执行根桥选举过程来选择一个根桥，该过程基于交换机的Bridge ID，其中Priority值越小，优先级越高。
3. 交换机之间通过发送BPDU (Bridge Protocol Data Units) 消息来交换信息，BPDU包含了交换机的信息，如Bridge ID、Path Cost等。
4. 每个交换机根据BPDU消息计算出到达根桥的路径成本，路径成本通常是基于链路的带宽、延迟等因素。
5. 每个交换机选择一条到根桥的最低成本路径，作为其根端口。
6. 对于剩余的端口，交换机会选择一个被禁用的端口作为指定端口，用于与其他交换机进行通信。
7. 当交换机网络中出现链路故障或新的交换机加入时，STP会动态地调整生成树，重新计算路径和端口。
通过生成树算法，交换机网络可以动态地选择最佳路径，并且避免了环路，从而提高了网络的性能和可靠性。
生成树原理
生成树原理
生成树是图论中的一个重要概念，它是指一个无向图中的一棵包含所有顶点的子图，且该子图是一棵树。
生成树原理是指通过一定的算法，从一个无向图中生成一棵生成树的过程。
生成树原理的应用非常广泛，例如在网络设计中，生成树可以用来构建网络拓扑结构，保证网络的可靠性和高效性；在计算机科学中，生成树可以用来解决最小生成树问题，即在一个带权无向图中找到一棵权值最小的生成树。
生成树的算法有很多种，其中最常用的是Prim算法和Kruskal算法。
Prim算法是一种贪心算法，它从一个起始顶点开始，逐步扩展生成树的边集，直到包含所有顶点为止。
具体实现过程如下：
1. 选取一个起始顶点，将其加入生成树中。
2. 找到与生成树中的顶点相邻的所有顶点中，权值最小的边，将其加入生成树中。
3. 重复步骤2，直到生成树包含所有顶点。
Kruskal算法也是一种贪心算法，它从所有边中选取权值最小的边，逐步扩展生成树的边集，直到包含所有顶点为止。
具体实现过程如
下：
1. 将所有边按照权值从小到大排序。
2. 依次选取权值最小的边，如果该边的两个端点不在同一个连通分量中，则将该边加入生成树中。
3. 重复步骤2，直到生成树包含所有顶点。
无论是Prim算法还是Kruskal算法，它们都可以保证生成的树是最小生成树，即权值最小的生成树。
生成树原理是图论中的一个重要概念，它可以用来解决最小生成树问题，构建网络拓扑结构等。
Prim算法和Kruskal算法是生成树的两种常用算法，它们都是贪心算法，可以保证生成的树是最小生成树。
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Port 2 Port 3 Port 4
根据收到配置消息的优先级，选择Port4为根端口，选择 为根端口， 根据收到配置消息的优先级，选择 为根端口 选择Port1和Port2为 和 为 指定端口，同时阻塞端口 指定端口，同时阻塞端口Port3和Port5。 和 。 发送新的配置消息： 从Port1和Port2发送新的配置消息：（23，15，81），其中， 和 发送新的配置消息 ， ， ） 其中， RootId = 23 RootPathCost = 14+1 = 15 RootPort = Port4
18
端口的几种状态
端口状态 Disabled Blocking
端口能力
不收发任何报文 不接收或转发数据, 不接收或转发数据,接收但不发送 BPDUs,不进行地址学习 BPDUs,不进行地址学习 不接收或转发数据, 不接收或转发数据,接收并发送 BPDUs,不进行地址学习 BPDUs,不进行地址学习 不接收或转发数据, 不接收或转发数据,接收并发送 BPDUs,开始地址学习 BPDUs,开始地址学习 接收并转发数据, 接收并转发数据,接收并发送 BPDUs,进行地址学习 BPDUs,进行地址学习
3
路径回环的产生
1
LAN 1 1 1 1
3 2
3 2
3 2 LAN 2
4
为什么引入生成树协议
LAN D
ROOT
LAN A LAN B LAN E
LAN C
通过阻断冗余链路来消除桥接网络中可能存在的路径回环 当前活动路径发生故障时激活冗余备份链路恢复网络连通性
5
课程内容
第一节 透明桥接概述 第二节 STP协议 STP协议 第三节 RSTP协议 RSTP协议
12
链路故障怎么办
Hello Time 网桥从指定端口以Hello Time为周期定时发送配置消息 网桥从指定端口以Hello Time为周期定时发送配置消息
Message Age和Max Age Age和 端口保存的配置消息有一个生存期Message Age字段 端口保存的配置消息有一个生存期Message Age字段, 并按时间递 字段, 增. 每当收到一个生存期更小的配置消息, 则更新自己的配置消息. 当 每当收到一个生存期更小的配置消息, 则更新自己的配置消息. 一段时间未收到任何配置消息, 生存期达到Max Age时 一段时间未收到任何配置消息, 生存期达到Max Age时, 网桥则认为 该端口连接的链路发生故障, 该端口连接的链路发生故障, 进行故障的处理
Port3的配置消息生存期也超时了，则抛弃该配置消息， 的配置消息生存期也超时了，则抛弃该配置消息， 的配置消息生存期也超时了 重新进行生成树计算，选择 为新的根端口， 重新进行生成树计算，选择Port5为新的根端口，网桥 为新的根端口 网桥81 的配置消息变为（ ， ， ） 的配置消息变为（23，16，81）
14
链路故障处理二
B81
Port 1 Port 5 root Port 2 Port 3 Port 4
32，0，32 32， 23，16，81 23，16，
23，18，123 23，18， 23，16，81 23，16，
23，16，81 23，16，
23，16，81 23，16，
23，15，80 23，15，
9
配置消息的处理
将各个端口收到的配置消息和自己的配置消息做比较， 将各个端口收到的配置消息和自己的配置消息做比较，得出优先级最高 的配置消息更新本身的配置消息，主要工作有： 的配置消息更新本身的配置消息，主要工作有：
选择根网桥RootID：最优配置消息的RootID 选择根网桥RootID：最优配置消息的RootID 计算到根桥的最短路径开销RootPathCost： 如果自己是根桥， 计算到根桥的最短路径开销RootPathCost：如果自己是根桥 ， 则最短路径 开销为0 否则为它所收到的最优配置消息的RootPathCost与收到该配置消 开销为 0， 否则为它所收到的最优配置消息的 RootPathCost与收到该配置消 息的端口开销之和 选择根端口RootPort：如果自己是根桥，则根端口为0 选择根端口RootPort：如果自己是根桥，则根端口为0，否则根端口为收到 最优配置消息的那个端口 选择指定端口： 选择指定端口：包括在生成树上处于转发状态的其它端口
15
链路故障处理三
PPort 2 Port 3 Port 4
81，0，81 81，
81，0，81 81，
81，0，81 81，
81，0，81 81，
81，0，81 81，
Port5的配置消息生存期也超时了， 则抛弃该配置消息 ， 以 的配置消息生存期也超时了，则抛弃该配置消息， 的配置消息生存期也超时了 自己为根桥发送配置消息（ ， ， ） 自己为根桥发送配置消息（81，0，81），直到从任一个端 口收到优先级更高的配置消息
13
链路故障处理一
B81
Port 1 root 32，0，32 32， 23，15，81 23，15， 23，18，123 23，18， 23，15，81 23，15， 23，14，321 23，14， 23，15，81 23，15， 23，15，80 23，15， Port 5 blocking
Forward Delay：配置消息传播到整个网络的最大时延 Delay：
设计中间状态：处于中间状态的端口只是学习站点的地址信息，但不转发数 设计中间状态：处于中间状态的端口只是学习站点的地址信息， 据； 端口从阻塞状态经过Forward Delay的延时后进入中间状态 端口从阻塞状态经过Forward Delay的延时后进入中间状态； 的延时后进入中间状态； 再经过Forward Delay的延时后才能进入转发状态 再经过Forward Delay的延时后才能进入转发状态。 的延时后才能进入转发状态。
2
透明网桥的应用
拓展LAN的能力 的能力 拓展 自主动态学习站点的地址信息 问题：一般的透明网桥不会对转发的报文做任何记号，这样， 问题：一般的透明网桥不会对转发的报文做任何记号，这样，如果 网络中存在回路，则有可能报文在回路中不断循环转发， 网络中存在回路，则有可能报文在回路中不断循环转发，造成网络 拥塞
若旧的拓扑结构中阻塞的端口还没有发现自己应该在新的拓扑结构中开始转 发，则可能造成网络暂时失去连通性。 则可能造成网络暂时失去连通性。
17
如何避免临时回路
端口由阻塞状态进入转发状态时，要经过一定时间的延时， 端口由阻塞状态进入转发状态时，要经过一定时间的延时，这个时间起 码是配置消息传播到整个网络所需最大时间的两倍
从指定端口发送新的配置消息
10
如何确定最优的配置消息
配置消息的优先级比较原则： 配置消息的优先级比较原则： 假定有两条配置消息C 假定有两条配置消息C1和C2，则：
如果C 如果C1的RootID小于C2的RootID，则C1优于C2 RootID小于 小于C RootID， 优于C 如果C 如果C1和C2的RootID相同，但C1的RootPathCost小于C2，则C1优于C2 RootID相同 相同， RootPathCost小于 小于C 优于C 如果C 如果 C1 和 C2 的 RootID 和 RootPathCost 相同 ， 但 C1 的 TransmitID 小于 C2 ， RootID和 RootPathCost相同 相同， TransmitID小于 小于C 则C1优于C2 优于C 如果C 如果C1和C2的RootID、RootPathCost和TransimitId相同，但C1的PortID RootID、RootPathCost和TransimitId相同 相同， 小于C 小于C2，则C1优于C2 优于C
8
配置消息格式
DMA SMA L/T LLC Header Payload
DMA:目的MAC地址 DMA:目的MAC地址
配置消息的目的地址是一个固定的桥 的组播地址（ 0180c2000000） 的组播地址（0x0180c2000000）
值 域
协议ID 协议ID 协议版本 BPDU类型 BPDU类型 标志位 根桥ID 根桥ID 根路径开销 指定桥ID 指定桥ID 指定端口ID 指定端口ID Message Age Max Age Hello Time Forward Delay
第四节 生成树协议的配置
6
生成树协议的基本原理
基本思想：在网桥之间传递特殊的消息（配置消息），包含足够的信 基本思想：在网桥之间传递特殊的消息（配置消息） 息做以下工作： 息做以下工作：
从网络中的所有网桥中，选出一个作为根网桥（Root） 从网络中的所有网桥中，选出一个作为根网桥（Root） 计算本网桥到根网桥的最短路径 对每个LAN，选出离根桥最近的那个网桥作为指定网桥，负责所在LAN上 对每个LAN，选出离根桥最近的那个网桥作为指定网桥，负责所在LAN上 的数据转发 网桥选择一个根端口， 网桥选择一个根端口，该端口给出的路径是此网桥到根桥的最佳路径 选择除根端口之外的包含于生成树上的端口（指定端口） 选择除根端口之外的包含于生成树上的端口（指定端口）
7
配置消息的内容
配置消息也被称作桥协议数据单元（BPDU） 配置消息也被称作桥协议数据单元（BPDU） 主要内容包括 根网桥的Identifier（RootID） 根网桥的Identifier（RootID） 从指定网桥到根网桥的最小路径开销（RootPathCost） 从指定网桥到根网桥的最小路径开销（RootPathCost） 指定网桥的Identifier 指定网桥的Identifier 指定网桥的指定端口的Identifier 指定网桥的指定端口的Identifier 即 （ RootID ， RootPathCost ， DesignatedBridgeID ， DesignatedPortID） DesignatedPortID）