DCN-TS06 生成树协议原理和配置
华为生成树协议配置
生成树协议的配置【实训背景】学校为了开展计算机教学和网络办公，建立了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连组成内部校园网；为了提高网络的可靠性，作为网络管理员的你要用2条链路将交换机互连，现要求在交换机上做适当配置，使网络避免环路。
【实训目的】掌握生成树协议的配置方法，理解生成树协议的作用和特点【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(生成树算法)，在存在交换环路的网络中生成一个没有环路的树形网络。
运用该算法将交换网络冗余的备份链路逻辑上断开，当主要链路出现故障时，能够自动的切换到备份链路，保证数据的正常转发。
生成树协议的特点是收敛时间长。
当主要链路出现故障以后，到切换到备份链路需要 50秒的时间。
【实训内容】1、根据拓扑将主机和交换机进行连接（未形成环路）2、测试主机之间可以相互ping通3、配置生成树协议4、测试（形成环路）5、测试（断开主要链路）【实现功能】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。
【实训设备】s3100（2台），PC（2台）、直连线（4条）【主要命令】stp, stp mode , spanning-tree Priority, undo stp【实训步骤】1、在每台交换机上开启生成树协议．对 SwitchA 做如下配置：<H3C><H3C> system-view ！进入全局配置模式[H3C]sysname SwitchA[SwitchA]vlan 10[SwitchA-vlan10]quit[SwitchA]interface fastethernet 0/24[SwitchA- fastethernet 0/24] port acc vlan 10[SwitchA] interface f 0/1[SwitchA-fastethernet]port link-type trunk[SwitchA] interface f 0/2[SwitchA-fastethernet]port link-type trunk[SwitchA-fastethernet]quit[SwitchA]对 SwitchB 做如下配置：<H3C><H3C> system-view ！进入全局配置模式[H3C]sysname SwitchB[SwitchB]vlan 10[SwitchB –vlan10]quit[SwitchB]interface fastethernet 0/24[SwitchB-fastethernet] port acc vlan 10[SwitchB]interface f 0/1[SwitchB-fastetherne] port link-type trunk[SwitchB]interface f 0/2[SwitchB-fastetherne] port link-type trunk[SwitchB-fastetherne] quit[SwitchB]2、设置生成树模式。
《生成树协议》课件
目 录
• 生成树协议概述 • 生成树协议的种类 • 生成树协议的应用场景 • 生成树协议的配置 • 生成树协议的性能优化 • 生成树协议的发展趋势
01
生成树协议概述
生成树协议的定义
生成树协议
一种用于在局域网中消除环路的 路由协议。
定义补充
生成树协议通过禁用某些网络路 径来避免环路，从而防止广播风 暴，并确保网络中的所有设备都 能以高效的方式通信。
生成树协议的未来挑战与机遇
挑战
随着网络规模的扩大和复杂性的增加，生成树协议面临更多的挑战，如算法的 复杂度、网络的动态变化等。
机遇
生成树协议在网络领域具有广泛的应用前景，未来将有更多的应用场景需要用 到生成树协议，如5G、6G通信网络、工业互联网等。同时，随着技术的不断发 展，生成树协议也将迎来更多的发展机遇。
使用命令“set port path cost 0/0/1 20000”将端口 0/0/1的路径开销设置为20000。
设置端口优先级值
使用命令“set port priority 0/0/1 4096”将端口0/0/1 的优先级值设置为4096。
启用生成树协议
使用命令“enable spanning-tree”启用生成树协议。
广域网
在广域网中，生成树协议主要用于优化网络的拓扑结构，提高网络的可 靠性和稳定性。
广域网中的生成树协议可以避免环路问题，减少广播风暴的发生，提高 网络的性能和可靠性。
生成树协议还可以帮助广域网管理员实现快速的网络故障定位和恢复， 提高网络的可用性和可靠性。
04
生成树协议的配置
生成树协议的配置步骤
全性，保障网络的稳定和安全。
生成树协议的新技术应用
生成树协议及配置
生成树协议2007-09-23 12:57冗余链路会产生的问题：1.广播风暴2.多帧复制3.MAC地址表不稳定4.多个回路解决办法是选择生成树协议，阻塞多余的冗余端口。
生成树协议的目的是维持一个无回路的网络。
如果一个设备在拓扑中发现一个回路，它将阻塞一个或多个冗余的端口。
当网络拓扑发生变化时，生成树协议将重新配置交换机的各个端口以避免链接丢失或者出现新的回路。
生成树协议的基本规则：1.选择一个根桥：一个网段（物理网段）只能有一个根桥，根桥上的所有端口都是"指定端口"，可以转发数据。
2.非根桥只有"根端口"可以转发数据，用来和根桥相连的"根端口"只能有一个。
其余端口不是"根端口"，将被阻塞。
根桥 ==> 所有端口都是"指定端口"非根桥 ==> 一个"根端口"，其余阻塞。
只有"指定端口"和"根端口"可以转发数据。
根桥的选择方法：采用生成树算法的交换机通过"网桥协议数据单元"（BPDU）的数据包定期交换配置信息，其中包括桥ID（Bridge ID）信息。
[桥ID=优先级+交换机MAC] 桥ID小的交换机将成为根桥。
优先级可以指定，默认为32768.非根桥上的根端口选择方法：非根桥到达根桥只需要一个端口（根端口），选择的时候会选择到达根桥路径代价最低的端口，这个端口就叫做根端口。
如果到达根桥的路径代价相等则比较端口的MAC，最低的选择为"根端口".到达路径的代价一般以带宽为依据，IEEE802.1d规定的路径的代价既开销（cost）如下：10Gbps=2 1Gbps=4 100Mbps=19 10Mbps=100开销小的将被选择为根端口。
非根桥上的非根端口在阻塞状态下也能够监听BPDU数据包，如果20秒收不到根桥的信息则开始转换自己的状态：blocking（阻塞/只能接收BPDU）——20——>listening （监听/接收并发送BPDU）——15秒——>learning（学习/接收、发送BPDU并学习MAC地）——15秒——>forwarding （转发）这样大约50秒的时间非根端口转变成为"根端口"或者变为"指定端口"开始转发数据。
生成树协议原理及配置
生成树工作原理以及配置1 工作原理生成树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。
1.1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。
但测试时部分以太网业务的倒换时间为0或小于几个毫秒，原因是内部具有较大缓存。
生成树协议原理与配置
STP运行原理简介
通过阻断冗余链路将一个有环路的桥接网络修 剪成一个无环路的树形拓扑结构，即：能够确 保数据帧在某一时刻从一个源出发，到达网络 中任何一个目标的路径只有一条，而其他的路 径都处于非激活状态（不能进行转发），如果 在网络中发现某条正在使用的链路出现故障时 ，网络中开启了STP技术的交换机会将非激活 状态的阻塞端口打开，恢复曾经断开的链路， 确保网络的连通性。
100Mb/s
1000Mb/s
19
4
200000
20000
通过Port0连接到根桥，Q=19. 通过Port1连接到根桥，Q=100+19=119. 很明显通过Port0连接到根桥的开销Q小，所以选择SwitchX和SwitchY的Port0为 根端口。 但是假设Q相同的话，就需要比较PID了，PID=端口优先级+端口号，一般来 说端口优先级是默认的，所以，端口号越小的端口，将成为根端口。 注意： 先比较开销，再比较PID。
如上图所示：从ＰＣ０到达ＰＣ１的数据帧会经过中间由三 台交换机组成的环路，ＳＴＰ协议会选择一条最短的路径让 数据帧从ＰＣ０到达ＰＣ１。假如，ＳＴＰ协议通过计算， 认为走２路——３路到达ＰＣ１是最短路径，那么１路就会处 于非激活状态，即１路上有关的端口会处于堵塞状态。如果 交换机Ｓ１出现了故障导致２路和3路不能走了，那么STP就 会激活1路，确保数据帧能够到达ＰＣ１.
交换机间的循环链路
1.2 单帧Βιβλιοθήκη 多次递交单帧的多次递交1.3 桥接表的不稳定
桥接表的不稳定性问题 如果交换机在不同的端口收到同一个帧，它的MAC数 据库将会变得不稳定。
2 . 生成树协议概述
2.1 生成树协议概述
生成树协议（Spanning Tree Protocol，STP）起源于 DEC公司的“网桥到网桥”协议。后来，IEEE 802委员
生成树协议原理及配置
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STP算法的过程——选择根端口（一）
根交换机A发送Root path cost=0的BPDU，B从port1收到后将port1端口的路 径耗费值与收到的BPDU的Root path cost相加，得到的值作为B发给其它端口 BPDU的Root path cost值
12bit全0=步进值4096
STP算法的过程
– 第一步，需要选举出一个根交换机，达 到全网公认某台交换机是根交换机。
Root
STP算法的过程——选举根交换机（一）
启动时，所有交换机假定自己就是根交换机，发出的BPDU中Root ID=Bridge ID。
Bridge ID=32768.0000-0000-0001 Root ID=32768.0000-0000-0001 Bridge ID=32768.0000-0000-0003 Root ID=32768.0000-0000-0003 BPDU
Root
A
Port1
B
Port2
（RP） Port1 0+19=19
Port2 19+19=38 19＜38
C
STP算法的过程
– 第三步，选择指定端口（Designated Port），所有物理网段 都会选出到根交换机最近的端口为指定端口。 三个网段将会 选出三个DP。
Root
DP
网段1
树产生的背景 STP、RSTP协议原理
桥接协议数据单元（BPDU）
STP算法的过程 STP存在的问题以及RSTP的出现
MSTP协议原理 生成树配置和排错
BPDU（bridge protocol data unit）
[信息与通信]生成树协议原理与应用
![[信息与通信]生成树协议原理与应用](https://img.taocdn.com/s3/m/835ac8f7b4daa58da1114a54.png)
生成树协议原理及应用目录1生成树协议综述 (3)1.1 生成树协议的产生背景 (3)1.2 生成树协议的分类 (3)1.3 生成树协议所遵循的IEEE标准 (3)2 STP协议概述 (4)2.1 STP工作原理 (4)2.2配置消息介绍 (4)2.2.1 配置消息格式 (5)2.2.2 配置消息的处理 (6)2.2.3 配置消息的优先级比较原则 (6)2.2.4 配置消息处理示例 (7)2.3 链路故障处理 (11)2.3.1 链路故障处理示例 (11)2.4 临时环路的问题 (12)2.4.1 临时环路的避免 (12)2.5 端口状态 (13)2.5.1 端口状态迁移 (14)2.6 MAC地址消息的生存期 (15)2.7 拓扑改变消息的传播 (15)3 RSTP协议概述 (17)3.1 STP的不足 (17)3.2 RSTP改进 (18)3.3 RSTP的性能 (21)3.4 RSTP与STP的区别 (21)3.5 RSTP与STP的兼容 (21)3.6 RSTP可配置的相关参数 (22)3.6.1 RSTP相关配置-选择合适根桥 (23)3.6.2 RSTP相关配置-配置Hello Time (23)3.6.3 RSTP相关配置-配置端口的Max Age (23)3.6.4 RSTP相关配置-配置端口的Forward Delay (23)4 MSTP协议概述 (24)4.1 RSTP的不足 (24)4.2 MSTP简介 (25)4.3 MSTP相关概念 (25)4.3.1 MSTP region的划分 (25)4.3.2 MSTP运行示例-IST (26)4.3.3 MSTP运行示例-CST (38)5生成树在实际工程中的应用 (39)5.1 环路预防 (39)5.1.1 实际应用举例 (41)5.2冗余备份 (42)5.2.1纯二层冗余备份 (42)5.2.2与VRRP结合使用 (43)1生成树协议综述1.1 生成树协议的产生背景如上图所示，单点网络会存在单点故障，但是冗余的网络设计又会导致环路发生，引起广播风暴，造成网络的不稳定。
生成树协议原理及配置
生成树协议原理及配置生成树协议（Spanning Tree Protocol，STP）是一种用于防止网络中的循环路径和数据包冲突的协议。
它的目标是通过选择网络中的一个根桥，从而建立一个无环的生成树，从而实现网络的冗余和可靠性。
生成树协议的原理是通过选举根桥、计算最短路径和禁用冗余链路来实现。
当网络中有多个桥接设备连接时，生成树协议会选择一个设备作为根桥。
根桥的选择通常基于桥优先级和MAC地址。
然后，生成树协议会在网络中计算出一条最短路径，以使所有设备都能通过该路径与根桥通信。
生成树协议还会根据冗余链路的代价来禁用一些链路，以防止循环路径的出现。
1.桥优先级和MAC地址：生成树协议通过比较桥的优先级和MAC地址来选择根桥。
通常情况下，优先级较低的桥将成为根桥。
可以通过手动配置桥的优先级来控制根桥的选择。
2.连接参数：生成树协议需要配置桥接设备之间的连接参数。
包括端口优先级、端口状态（开启或关闭）和端口成本。
这些参数将影响最短路径的选择和冗余链路的禁用。
3. BPDU（Bridge Protocol Data Unit）：BPDU是生成树协议中用于交换信息和进行状态更新的数据包。
生成树协议需要配置BPDU的发送和接收规则。
通常情况下，桥接设备会定期发送BPDU，以更新网络状态并检测循环路径。
4.禁用冗余链路：生成树协议会根据链路的代价禁用一些冗余链路，以防止循环路径的出现。
链路的代价通常基于链路的速度或带宽。
可以通过手动配置链路的代价来控制冗余链路的禁用。
5. STP版本：生成树协议有多个版本，如STP、RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol）和MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol）。
不同版本的生成树协议具有不同的特性和性能。
配置时需要根据网络的需求选择合适的版本。
在实际应用中，生成树协议的配置通常需要在网络设备上进行。
网络管理员可以通过命令行界面或图形化界面来配置生成树协议的各个参数。
生成树协议——精选推荐
⽣成树协议⽣成树详解⼆层交换技术就是局域⽹交换技术，内容主要包括⼆层交换的⼯作原理、⽹络环路、如何利⽤STP来解决⽹络环路、VLAN及VTP技术。
⾸先要了解传统共享以太⽹的⼯作模式，了解冲突域，⼴播域以及⽹络分段。
⼤家都知道传统共享以太⽹使⽤的是CSMA/CD机制，即载波侦听多路访问/冲突检测。
我们来详细分析⼀下：CSMA/CD是⼀种分布式介质访问控制协议，⽹络中的各个节点都能独⽴地决定数据帧的发送与接收。
每个节点在发送数据帧之前，⾸先要进⾏载波监听，只有介质空闲时，才允许发送帧。
这时，如果两个以上的节点同时监听到介质空闲并发送帧，则会产⽣冲突现象，这使发送的帧都成为⽆效帧，发送随即宣告失败。
每个节点必须有能⼒随时检测冲突是否发⽣，⼀旦发⽣冲突，则应停⽌发送，以免介质带宽因传送⽆效帧⽽被⽩⽩浪费，然后随机延时⼀段时间后，再重新争⽤介质，重发送帧。
最早由Inter，施乐，DEC三家公司提出以太⽹标准，后来IEEE组织制定了802.3标准规定了以太⽹的物理层和数据链路层的MAC⼦层，主要就是定义了10BASE-2、10BASE-5、10BASE-T、10BASE-F等，规定了介质，带宽，距离等。
同时还定义了⼀个802.2 标准，规定以太⽹数据链路层的LLC⼦层，即逻辑链路控制⼦层，主要是提供了⼀个数据链路层与⽹络层的接⼝，如图所⽰⽹络层有很多协议，数据链路层提供了很多协议之间的区分，使⽤⽹络层的哪⼀个协议，这就是为什么数据帧要封装⼀个LLC的头部信息。
但传统以太2帧中不是使⽤LLC封装⽽是在数据帧中有⼀个2个字节的type来表明上⽹所使⽤的协议,如下图所使⽤的⽹络层协议是ARP。
冲突域：共享式以太⽹中的所有节点在需要与其他节点通讯时是可以发送数据的，但是CSMA/CD的机制却在确保在某个时刻只有⼀个节点可以发送数据，那如果⾁个同时发送数据了，出现这种情况会导致冲突，那么在这个共享式⽹络中可能产⽣冲突的这么⼀个范围，我们就称为冲突域。
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。
神州数码06生成树协议
switch-4switch-1switch-20/0/1switch-3生成树实验0/0/20/0/30/0/10/0/10/0/10/0/20/0/20/0/30/0/30/0/30/0/2要求•配置交换机，使用生成树协议避免环路，确定环路拓扑；•少配置一台交换机，查看状态•切断一根链路，确定环路拓扑配置步骤一•Switch-1–hostname switch-1–spanning-tree–spanning-tree mst 0 priority 0–/#配置Switch-1为根交换机•Switch-2–hostname switch-2–spanning-tree–spanning-tree mst 0 priority 4096–/#配置Switch-2为备份根交换机•Switch-3–hostname switch-3–spanning-tree•Switch-4–hostname switch-4–/#不配置生成树，查看状态网络逻辑拓扑switch-4switch-1switch-20/0/1switch-30/0/20/0/30/0/10/0/10/0/10/0/20/0/20/0/30/0/30/0/30/0/2设备无法工作BB配置步骤二•Switch-4–spanning-tree–/#配置生成树，查看拓扑网络逻辑拓扑switch-4switch-1switch-20/0/1switch-30/0/20/0/30/0/10/0/10/0/10/0/20/0/20/0/30/0/30/0/30/0/2BB B切断一条链路，网络逻辑拓扑switch-4switch-1switch-20/0/1switch-30/0/20/0/30/0/10/0/10/0/10/0/20/0/20/0/30/0/30/0/30/0/2B B关闭switch-1 ，网络逻辑拓扑switch-4switch-20/0/1switch-30/0/20/0/30/0/10/0/10/0/20/0/30/0/30/0/2B100switch-4switch-1switch-20/0/1200300100200300switch-3生成树实验1003001002000/0/20/0/30/0/10/0/10/0/10/0/20/0/20/0/30/0/30/0/30/0/2要求•配置交换机，使所有的VLAN 内部都可以互通；•配置交换机，使用多实例生成树协议避免环路，确定环路拓扑；•切断一根链路，确定环路拓扑Switch-1•hostname switch-1•spanning-tree mode mst•spanning-tree mst0 priority 0•spanning-tree mst1 priority 0•spanning-tree mst2 priority 0•spanning-tree mst configuration–instance 1 vlan200–name test1–instance 2 vlan300–name test2•vlan100–switchport interface ethernet0/0/16-20•vlan200–switchport interface ethernet0/0/6-10•vlan300–switchport interface ethernet0/0/11-15•interface ethernet0/0/1-3–switchport mode trunkSwitch-2•hostname switch-2•spanning-tree mode mst•spanning-tree mst0 priority 4096•spanning-tree mst1 priority 4096•spanning-tree mst2 priority 4096•spanning-tree mst configuration–instance 1 vlan200–name test1–instance 2 vlan300–name test2•vlan100–switchport interface ethernet0/0/16-20•vlan200–switchport interface ethernet0/0/6-10•vlan300–switchport interface ethernet0/0/11-15•interface ethernet0/0/1-3–switchport mode trunkSwitch-3•hostname switch-3•spanning-tree mode mst•spanning-tree mst configuration–instance 2 vlan300–name test2•vlan100–switchport interface ethernet0/0/16-20•vlan300–switchport interface ethernet0/0/11-15•interface ethernet0/0/1-3–switchport mode trunkSwitch-4•hostname switch-4•spanning-tree mode mst•spanning-tree mst configuration–instance 1 vlan200–name test1•vlan100–switchport interface ethernet0/0/16-20•vlan200–switchport interface ethernet0/0/6-10•interface ethernet0/0/1-3–switchport mode trunk•show vlan•show spanning-treeVLAN1，100实例0网络逻辑拓扑100switch-4switch-1switch-20/0/1200300100200300switch-31003001002000/0/20/0/30/0/10/0/10/0/10/0/20/0/20/0/30/0/30/0/30/0/2BB BVLAN200实例1网络逻辑拓扑100switch-4switch-1switch-20/0/1200300100200300switch-31003001002000/0/20/0/30/0/10/0/10/0/10/0/20/0/20/0/30/0/30/0/30/0/2BB BBVLAN300实例2网络逻辑拓扑100switch-4switch-1switch-20/0/1200300100200300switch-31003001002000/0/20/0/30/0/10/0/10/0/10/0/20/0/20/0/30/0/30/0/30/0/2BBB B切断一条链路，网络逻辑拓扑100switch-4switch-1switch-20/0/1200300100200300switch-31003001002000/0/20/0/30/0/10/0/10/0/10/0/20/0/20/0/30/0/30/0/30/0/2BB关闭switch-1 ，网络逻辑拓扑switch-4switch-20/0/1100200300switch-31003001002000/0/20/0/30/0/10/0/10/0/20/0/30/0/30/0/2B。
生成树理论基础
生成树和快速生成树的原理这章主要介绍了stp和rstp的作用和工作机制。
现在搭建一个局域网，最主要的方式是采用以太类型，用交换的形式，用交换网络的形式实现我们的局域网互连。
交换网的优点：*灵活部署，可以很方便的实现组网，还可以采用渐进式方式部署交换网络。
*效率高*可以很方便的部署冗余链路虽然交换网比较方便，但是有可能在架构网络后对其进行扩容，而扩容的时候没有考虑清楚原来部署的网络的情况，从而在实现网络互联的时候带来了交换回路；另外在实现冗余的时候也会带来有关的回路，有回路的话就会带来广播风暴，会导致有关多个数据帧的复制以及使得交换机的mac地址表不稳定。
因此在我们部署交换网络的时候，虽然渐进式的投资和冗余链路都要考虑，但在保证有关冗余链路的同时，我们不能让它出现回路。
因此应该在搭建的交换网络环境下让它组成一棵交换网络的树，这个树就是这里所介绍的生成树。
生成树的目的就是使得交换网络没有任何的回路出现。
快速生成树协议：冗余和回路是两个概念，冗余是指物理链路上的一个备份，而回路可以是物理上的也可以是逻辑上的。
学习目标：学习完本课程，您应该能够：*了解STP协议产生的背景*掌握STP工作原理*掌握RSTP工作原理*熟练运用华为STP协议命令透明桥接概述：什么叫做透明桥，透明，英文叫做transparence，透明这个概念主要是从用户这个角度来说的，在网络开始发展的时候，网络都是终端与终端互联的，没有网络介质来实现它的网络互连，当网络慢慢扩大的时候呢，这种直接相连的网络就不容易扩展，于是就出现了总线形式和交换形式的局域网。
交换机在处理用户数据帧的时候，它只是会察看这个数据帧，而不会对数据帧做任何的修改，也就是说从源发送出去一直到目的地接收到这个数据帧，它的结构是一模一样没有任何变化的，也就是说对用户来说根本不能意识到曾经有个交换机在给他们做数据的转发，这就是所谓的透明的概念。
透明网桥的特征：*拥有拓展lan的能力*自主动态学习站点的地址信息（第二层地址）透明网桥存在的问题问题：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，造成网络拥塞。
快速生成树协议协议原理及配置
K1+478〜K1+568段左侧片石混凝土挡土埴实验8 Cisco快速生成树协议RSTP协议原理及配置一、相关知识介绍1、生成树协议的主要功能有两个：一是在利用生成树算法.在以太网络中.创建一个以某台交换机的某个端口为根的生成树.避免环路。
二是在以太网络拓扑发生变化时，通过生成树协议达到收敛保护的目的。
2、根网桥的选择流程：（1）第一次启动交换机时，自己假定是根网桥，发出BPDU报文宣告。
（2）每个交换机分析报文.根据网桥ID选择根网桥•网桥ID小的将成为根网桥（先比较网桥优先级.如果相等.再比较MAC地址）。
（3）经过一段时间，生成树收敛.所有交换机都同总某网桥是根网桥。
（4）若有网桥ID值更小的交换机加入.它首先通告自己为根网桥。
其它交换机比较后.将它'“I作新的根网桥而记录下來。
3、RSTP协议原理STP并不是已经淘汰不用.实际上不少厂家目前还仅支持STP「STP的最大缺点就是他的收敛时间太长.对于现在网络要求靠可整性來说.这是不允许的，快速生成树的目的就是加快以太网环路故障收敛的速度。
（1） RSTP 5种端口类型STP定义了4种不同的端口状态,监听（Listening）9学习（Learning）,阻断（Blocking）和转发（Forwarding） »其端口状态表现为在网络拓扑中端口状态混合（阻断或转发）.在拓扑中的角色（根端口、指定端口等等）。
在操作上看，阻断状态和监听状态没有区别，都是丢弃数据帧而且不学习MAC地址，在转发状态下•无法知道该端口是根端口还是指定端口° RSTP有五种端口类型。
根端口和指定端口这两个角色在RSTP中被保留，阻断端口分成备份和替换端口角色。
生成树算法（STA）使用BPDU來决定端口的角色.端口类型也是通过比较端口中保存的BPDL-B來确定哪个比其他的更优先。
1）根端口：非根桥收到最优的BPDU配迓信息的端口为根端口，即到根桥开销最小的端口，这点和STP-样。
生成树协议详解
当首次连接网桥或者发生拓扑结构变化时，网桥都将进行生成树拓扑 的重新计算。
当一个网桥收到某种类型的“设置信息”(一种特殊类型的桥接 协议数据单元，BPDU)时，网桥就开始从头实施生成树算法。这种算 法从根网桥的选择开始的。根网桥(root bridge)是整个拓扑结构的核心， 所有的数据实际上都要通过根网桥。顺便提示一下，有手工设置根网 桥时要特别注意。对于思科设备来言其根网桥的选择过程暴露出一些 问题，就是过分简单化。思科硬件通常使用最低的 MAC 地址，具备 这些地址的设备通常是网络中最古老的设备，因而其交换速度常是最 慢的，而从根网桥在网络中的位置看，它负荷却最重。生成树构建的 下一步是让每一个网桥决定通向根桥的最短路径，这样，各网桥就可 以知道如何到达这个“中心”。这一步会在每个局域网进行，它选择 指定的网桥，或者与根桥最接近的网桥。指定的网桥将把数据从局域 网发送到根桥。最后一步是每个网桥要选择一个根端口。所谓根端口 也即“用来向根桥发送数据的端口”。注意，一个网桥上的每一个端 口，甚至连接到终端系统(计算机)的端口，都将参加这个这个根端口 选择，除非你将一个端口设置为“忽略”。
当一个物理连接的网桥新网桥连线时，它将发送重新设置 BPDU， 其它连接的设备将遵照施行。当生成树协议开始计算的时候，所有的 通信都要停止大约 50 秒。这些时间可以说是物有所值，因为你仅仅 被限制在一个很短的停机时间内。如果交换机被挤暴，或者你缺少多 余的路径，将会出现永久的停机。相比之下，停机 50 秒钟只是非常 轻的损失。
果你进行了适当的设置。还记得虚拟局域网中的 trunk?如果其中一个 物理连接碰巧是一条虚拟局域网 trunkk 线，会出现什么情况呢?如果 我们只有一个运行的生成树实例，这个生成树可能会发现 trunk 中的 一个网络不应该使用这个连接（turnk 端口汇聚将多条物理连接汇聚 为一个带宽更大的逻辑连接）。除了关闭整个连接之外，它没有其它 的选择。
简述生成树协议的工作原理
简述生成树协议的工作原理生成树协议的工作生成树协议是网络中用来构建生成树的一种协议，它通过选择某些网络连接作为树的一部分，并且阻塞其余连接，从而实现网络拓扑的优化和冗余删除。
本文将从浅入深地介绍生成树协议的原理和工作方式。
什么是生成树协议生成树协议是一种网络算法，用于在具有环路的网络中选择一组连接，构建一个无环的树状拓扑结构。
通过这样的构建，可以实现网络中的冗余删除和优化数据传输路径的效果，提高网络性能和可靠性。
生成树协议的原理生成树协议的原理基于图论中的生成树概念。
在一个具有环路的网络中，可以通过选择某些连接将整个网络划分为一个生成树和其余的连接。
生成树协议通过选定一个根节点，并通过找到一些子节点到根节点的最短路径来构建生成树。
生成树协议的工作方式以下是生成树协议的工作方式的步骤：1.选举根节点：在网络中的参与生成树协议的设备中，通过选举算法选举出一个根节点。
根节点通常是具有最高优先级的设备。
2.生成树构建：根节点开始广播数据包，将自己标记为根，并将其距离设置为0。
其他设备根据接收到的数据包中的信息将根节点连接到自己的生成树上，并计算到根节点的距离。
3.选择最佳路径：设备在接收到其他设备的数据包后，根据计算得到的距离和已有的路径信息，选择到根节点的最佳路径，并将其作为新的生成树路径。
4.冗余删除：生成树协议根据路径的最佳性，将冗余的连接阻塞。
如果一个设备接收到的数据包中包含一条更短的路径，则将其它路径阻塞，只保留最佳路径。
5.更新广播：生成树协议周期性地更新生成树上的路径信息，以便适应网络拓扑的变化。
当网络拓扑发生变化时，生成树协议将重新计算最佳路径，并更新生成树。
通过以上步骤，生成树协议能够构建一个无环的树状拓扑结构，并实现网络冗余删除和路径优化。
生成树协议的应用生成树协议在以太网和局域网中广泛应用。
通过生成树协议，网络管理员可以优化数据传输路径，减少冗余连接，提高网络的性能和可靠性。
此外，生成树协议还可以有效解决环路造成的数据包无限循环问题。
06 生成树协议原理
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链路故障处理一
B81
Port 1 Port 5 blocking
Port 2 Port 3 Port 4 root 32，0，32 23，15，81 23，18，123 23，15，81 23，14，321
23，15，81
23，15，80
Port4的配置消息生存期超时了, 则抛弃该配置消息, 重新进行生成树计算, 选择Port3为新的
端口的几种状态
端口状态 Disabled Blocking Listening 不收发任何报文 不接收或转发数据，接收但不发送BPDUs，不进行地址学习 不接收或转发数据，接收并发送BPDUs，不进行地址学习 端口能力
Learning
Forwarding
不接收或转发数据，接收并发送BPDUs，开始地址学习
B3 LAN C B2
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拓扑改变消息的传播
ROOT
4 3
4
5 2 1
5
拓扑改变通知消息
拓扑改变应答消息
拓扑改变消息
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网络拓扑发生改变的时候 ，并 不是所有的网桥都 能够发现这一变
化， 所以需要把拓扑改变的信息通知到整个网络。
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站点的相对位置发生变化
B4 LAN D B1
神州数码DCNE培训官方文档ppt6.生成树协议
STP状态机
禁 用
(1,6) (2) (2)
监听
(3) (4) (1) (2) (4) (5) (5) (2)
阻塞
(4)
学习
转发
(2) 1)端口启用或初始化 4)端口被选为非指定端口 (6) 3)端口被选为根端口或指定端口 6)PortFast
8位 位
STP选择根端口举例 在非根桥上, 选择一个根端口(RP)
在B和C上,到达 和 上 A最近的端口是 最近的端口是B 最近的端口是 和C的根端口 Root Port 的根端口
优先级: 优先级:32768 MAC地址: 地址: 地址 000d.2800.b102 100M
100M 下一步: 下一步:选择指定端口 Root Bridge
开启STP:
spanningswitchA(Config)#spanning-tree MSTP is starting now, please wait........... MSTP is enabled successfully.
spanning-tree设置
查看配置
SW1#sh spanning-tree sh spanning-- MSTP Bridge Config Info -Standard : IEEE 802.1s Bridge MAC : 00:03:0f:01:0e:30 Bridge Times : Max Age 20, Hello Time 2, Forward Delay 15 Force Version: 3 ########################### Instance 0 ########################### Self Bridge Id : 32768 - 00:03:0f:01:0e:30 Root Id : 16384.00:03:0f:01:0f:52 Ext.RootPathCost : 200000 Region Root Id : this switch Int.RootPathCost : 0 Root Port ID : 128.1 Current port list in Instance 0: Ethernet0/0/1 Ethernet0/0/2 (Total 2) PortName ID ExtRPC IntRPC State Role DsgBridge DsgPort -------------- ------- --------- --------- --- ---- ------------------ ------Ethernet0/0/1 128.001 0 0 FWD ROOT 16384.00030f010f52 128.007 Ethernet0/0/2 128.002 0 0 BLK ALTR 16384.00030f010f52 128.011
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6
课程内容
第一章 生成树产生的背景 第二章 STP、RSTP协议原理 STP、RSTP协议原理 第三章 MSTP协议原理 MSTP协议原理 第四章 生成树配置及案例
21
RSTP与STP端口状态对比 与 端口状态对比
STP端口状态 端口状态 禁用 阻塞 侦听 学习 转发 RSTP端口状态 端口状态 丢弃 丢弃 丢弃 学习 转发
22
该端口是否包含 在活动拓扑中？ 在活动拓扑中？ 否 否 否 否 是
该端口是否学习 MAC地址？ 地址？ 地址 否 否 否 是 是
7
STP算法基本原理 算法基本原理
网桥之间通过互相传递BPDU交互信息 交互信息 网桥之间通过互相传递 根据BPDU提供的信息，通过下列措施避免环路 提供的信息， 根据 提供的信息
• 从参加计算的所有网桥中，选出一个作为根桥 从参加计算的所有网桥中， • 为每个非根网桥选择一个根端口，该端口到根桥的路径是此网桥 为每个非根网桥选择一个根端口， 到根桥的最佳路径 • 为每个物理段选出离根桥最近的那个网桥作为指定网桥，该指定 为每个物理段选出离根桥最近的那个网桥作为指定网桥， 网桥到该物理段的端口作为指定端口， 网桥到该物理段的端口作为指定端口，负责所在物理段上的数据 转发 • 既不是指定端口也不是根端口的端口置于阻塞状态
•
L/T:帧长 帧长 LLC Header:配置消息固定的链路头 配置消息固定的链路头 Payload:BPDU数据 数据
11
BPDU交互过程 交互过程
当一个网桥第一次被激活时，其上所有端口每隔 秒 当一个网桥第一次被激活时，其上所有端口每隔2秒（默认 Hello Time）发送一次 ）发送一次BPDU 网桥将各个端口收到的BPDU和自己的 和自己的BPDU做比较，得出优 做比较， 网桥将各个端口收到的 和自己的 做比较 先级最高的BPDU 先级最高的 网桥用优先级最高的BPDU更新本身的 更新本身的BPDU，完成以下主要 网桥用优先级最高的 更新本身的 ， 工作： 工作：
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
占用字节
2 1 1 1 8 4 8 2 2 2 2 2
SMA:源MAC地址 源 地址
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RSTP和STP的区别 和 的பைடு நூலகம்别
协议版本不同
• 0 vs 2
端口状态转换方式不同
• 5种 vs 3种 种 种
配置消息报文格式不同 拓扑改变消息的传播方式不同
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课程内容
第一章 生成树产生的背景 第二章 STP、RSTP协议原理 STP、RSTP协议原理 第三章 MSTP协议原理 MSTP协议原理 第四章 生成树配置及案例
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STP状态机 状态机
禁 用
（1，6） （2） （2）
监听
（3） （4） （1） （2） （4） （5） （5） （2）
阻塞
（4）
学习
转发
（2） 1）端口启用或初始化 4）端口被选为非指定端口 （6） 3）端口被选为根端口或指定端口 6）PortFast
DCNDCN-TS06 生成树协议原理和配置
Version 1.0
神州数码客服中心
内部资料，未经授权严禁外传
学习目标
学习完本课程，您应该能够： 学习完本课程，您应该能够：
• • • • 了解STP产生的背景 了解STP产生的背景 掌握STP、RSTP、MSTP的工作原理 掌握STP、RSTP、MSTP的工作原理 掌握生成树协议的配置 掌握生成树在不同应用环境下部署方法
4
环路的产生
A 1
NET1 1
1
3 2 NET2
3 2
B
5
我们的解决方案
方案设想： 方案设想：如果我们可以通过某种技术阻断冗余链路以消除 网络中可能存在的环路，当活动链路出现问题的时候， 网络中可能存在的环路，当活动链路出现问题的时候，冗余 链路可以自动激活从而保证网络的连通性就可以达到我们的 目的; 目的 实现技术： 实现技术：STP（Spanning Tree Protocol） （ ）
• 若旧拓扑结构中处于转发的端口还没有发现自己应该在新的拓扑 中停止转发，则可能存在临时的回环； 中停止转发，则可能存在临时的回环； • 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。 构中开始转发，则可能造成网络暂时失去连通性。
规避方法：引入 规避方法：引入Forward Delay（BPDU传播到整个网络的最 （ 传播到整个网络的最 大时延） 大时延）
19
STP存在的问题 存在的问题
端口从阻塞状态进入转发状态必须经历两倍的Forward Delay 端口从阻塞状态进入转发状态必须经历两倍的 时间，所以网络拓扑结构改变之后需要至少两倍的Forward 时间，所以网络拓扑结构改变之后需要至少两倍的 Delay时间，才能恢复连通性 时间， 时间 如果网络中的拓扑结构变化频繁，网络会频繁地失去连通性， 如果网络中的拓扑结构变化频繁，网络会频繁地失去连通性， 这样用户就会无法忍受
10
BPDU报文格式 报文格式
DMA SMA L/T LLC Header Payload
DMA:目的 目的MAC地址 目的 地址
• 配置消息的目的地址是一个固定的组 播地址（ 播地址（0x0180c2000000） ） 即发送该配置消息的桥MAC地址 地址 即发送该配置消息的桥
8
STP作用示意图 作用示意图
SW1/SW2/SW3以ROOT 为根，阻断至 以 为根，阻断至BLOCK的链路，见红 的链路， 的链路 色虚线
ROOT
BLOCK
SW1
SW2
9
SW3
BPDU介绍 介绍
BPDU也被称作桥协议数据单元 也被称作桥协议数据单元 主要内容包括： 主要内容包括：
2）端口禁用或故障 5）转发定时器超时 17
TCM报文传播 报文传播
ROOT
拓扑改变通知消息 拓扑改变应答消息 拓扑改变消息
18
临时环路问题
环路产生：当拓扑结构发生变化， 环路产生：当拓扑结构发生变化，BPDU要经过一定的时延才 要经过一定的时延才 能传播到整个网络，在所有网桥收到这个变化的消息之前： 能传播到整个网络，在所有网桥收到这个变化的消息之前：
13
STP收敛过程 收敛过程
选举一个根交换机 选举根端口 选举指定端口
网段 1 1/1 1/2
BID：32768.AABID：32768.AA-AA
网段2 网段2
1/1
BID：32768.AABID：32768.AA-BB
1/1
指定端口
1/2 1/2
BID：32768.AABID：32768.AA-CC
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RSTP演进 演进
RSTP是从 是从STP演化而来的，基本思想一样 演化而来的， 是从 演化而来的 当交换网络拓扑结构发生变化时， 当交换网络拓扑结构发生变化时， RSTP可以更快地恢复网络 可以更快地恢复网络 的连通性 RSTP只有 种端口状态，具备 只有3种端口状态 只有 种端口状态，具备STP的所有功能 的所有功能
• • • • 选择根网桥RootID 选择根网桥 计算到根桥的最短路径开销Root Path Cost 计算到根桥的最短路径开销 选择根端口Root Port 选择根端口 选择指定端口
网桥从指定端口发送新的配置消息
12
STP几个重要概念 几个重要概念
网桥ID：由一个 字节域构成 网桥优先级： 字节域构成（ 地址） 网桥 ：由一个8字节域构成（网桥优先级：MAC地址）,较 地址 较 低值总是优先
• 网桥优先级：由一个10进制数表示，其值的范围是 网桥优先级：由一个 进制数表示 其值的范围是0-65535（默 进制数表示， （ 认是32768） 认是 ）
路径开销：用来决定到根交换机的路径，较低的值总是优先 路径开销：用来决定到根交换机的路径， 端口ID：由一个2字节域构成 端口优先级： 字节域构成（ 地址）， 端口 ：由一个 字节域构成（端口优先级：MAC地址）， 地址 较低的值总是优先
网段 3
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端口状态
状 态
转 发 学 习 侦 听 阻 塞 禁 用
描
述
发送和接收用户数据 构建桥接表 构建“活动” 构建“活动”拓扑 只接收BPDU 只接收 管理关闭
15
STP定时器 定时器
定时器 Hello Time Forward Delay Max Age 主要目的 根交换机发送配置BPDU之间的时间间隔 之间的时间间隔 根交换机发送配置 侦听和学习状态的持续时间 BPDU存储的时间长度 存储的时间长度 默认值 2秒 秒 15秒 秒 20秒 秒
2
课程内容
第一章 生成树产生的背景 第二章 STP 、RSTP协议原理 RSTP协议原理 第三章 MSTP协议原理 MSTP协议原理 第四章 生成树配置及案例
3
网桥基本原理
自动学习站点的地址信息， 自动学习站点的地址信息，建立相应的表项 按照特定的规则对报文进行处理
RSTP的改进 的改进
如果旧的根端口已经进入阻塞状态，而且新根端口 如果旧的根端口已经进入阻塞状态， 连接的对端交换机的指定端口处于Forwarding状态， 状态， 连接的对端交换机的指定端口处于 状态 则在新拓扑结构中的根端口可以立刻进入转发状 指定端口可以通过与相连的网桥进行一次握手，快 指定端口可以通过与相连的网桥进行一次握手， 速进入转发状态 握手必须在点对点链路的条件下进行 握手会顺次传递下去， 握手会顺次传递下去，一直扩散到网络边缘 网络边缘的端口——即直接与终端相连，而不是和 即直接与终端相连， 网络边缘的端口 即直接与终端相连 其它网桥相连的端口——可以直接进入转发状态， 可以直接进入转发状态， 其它网桥相连的端口 可以直接进入转发状态 不需要任何延时