生成树技术及应用
最小生成树问题的算法实现及复杂度分析—天津大学计算机科学与技术学院(算法设计与分析)
算法设计与分析课程设计报告学院计算机科学与技术专业计算机科学与技术年级2011姓名XXX学号2013年5 月19 日题目：最小生成树问题的算法实现及复杂度分析摘要：该程序操作简单，具有一定的应用性。
数据结构是计算机科学的算法理论基础和软件设计的技术基础，在计算机领域中有着举足轻重的作用，是计算机学科的核心课程。
而最小生成树算法是算法设计与分析中的重要算法，最小生成树也是最短路径算法。
最短路径的问题在现实生活中应用非常广泛，如邮递员送信、公路造价等问题。
本设计以Visual Studio 2010作为开发平台，C/C++语言作为编程语言，以邻接矩阵作为存储结构，编程实现了最小生成树算法。
构造最小生成树有很多算法，本文主要介绍了图的概念、图的遍历，并分析了PRIM 经典算法的算法思想，最后用这种经典算法实现了最小生成树的生成。
引言：假设要在n个城市之间建立通信联络网，则连接n个城市只需要n-1条线路。
这时，自然会考虑这样一个问题，如何在节省费用的前提下建立这个通信网？自然在每两个城市之间都可以设置一条线路，而这相应的就要付出较高的经济代价。
n个城市之间最多可以设置n（n-1）/2条线路，那么如何在这些可能的线路中选择n-1 条使总的代价最小呢？可以用连通网来表示n 个城市以及n个城市之间可能设置的通信线路，其中网的顶点表示城市，边表示两个城市之间的线路，赋予边的权值表示相应的代价。
对于n个顶点的连通网可以建立许多不同的生成树，每一个生成树都可以是一个通信网。
现在要选择这样一棵生成树，也就是使总的代价最小。
这个问题便是构造连通网的最小代价生成树（简称最小生成树）的问题。
最小生成树是指在所有生成树中，边上权值之和最小的生成树，另外最小生成树也可能是多个，他们之间的权值之和相等。
一棵生成树的代价就是树上各边的代价之和。
而实现这个运算的经典算法就是普利姆算法。
正文普里姆（Prim）算法思想普里姆算法则从另一个角度构造连通网的最小生成树。
路由交换技术及应用 第5章 生成树协议技术
指定端口的选举规则与根端口的选举规则相同。值得特别说明的是，根 桥上的所有端口皆为指定端口，根端口相对应的端口（即与根端口直连的端 口）皆为指定端口。
4．阻塞预备端口（Alternate Port）
如果一个端口既不是根端口，也不是指定端口，则为预备端口，如图 5-8所示，则该端口会被阻塞，不能转发数据。
为每个网段选举指定端口和指定交换机的时候，首先比较该网段所连接 的端口所属交换机的根路径开销，值越小越优先；如果根路径开销相同，则 比较所连接的端口所属交换机的交换机标识，值越小越优先；如果根路径开 销相同，交换机标识也相同，则比较所连接的端口的端口标识，值越小越优 先。
在图5-12所示的示例中，交换机A为根交换机，因此其所有端口均为指定 端口；对于交换机C和交换机B之间的链路，由于该链路所连接的两个交换机 交换机C和交换机B的根路径开销相同，因此比较两个交换机的标识，交换机B 的交换机标识较小，因此指定端口在交换机B上；对于LANA，由于交换机C的 根路径开销小于交换机D的根路径开销，所以指定交换机为交换机C；交换机C 有两个端口连接到LANA，比较两个端口的端口标识，默认端口优先级同为128， 由于E0/1的端口号较小，因此LANA的指定端口是交换机C的E0/1接口。
端口ID为端口的身份标志，是由两个部分构成的， 共2B，高4bit是端口优先级（Port Priority），低 12bit是端口编号，如图5-6所示。端口优先级可以被 配置，默认值是128。
图5-6 端口ID
3．选举指定端口（Designated Port）
指定端口为每个网段上离根最近的端口，它转发发往该网段的数据， 如图5-7所示。每一个网段上有且只有一个指定端口。
从一个非根交换机到达根交换机的路径可能有多条，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出端口的端口开销总和。根端口是 指从一个非根交换机到根交换机总开销最小的路径所经过的本地端口。这个 最小的总开销值称为交换机的根路径开销（Root Path Cost）。如果这样的 端口有多个，则比较端口上所连接的上行交换机的交换机标识，值越小越优 先。如果端口上所连接的上行交换机的交换机标识相同，则比较端口上所连 接的上行端口的端口标识（Port Identifier），值越小越优先。
网络排错总结-案例分析-gh大厦网络防止环路总结
某企业大厦网络防止环路说明1、现有问题：目前某企业大厦网络拓扑图如下：整网采用核心交换机Z8905通过三层路由下联接入交换机Z5252，当前存在一个严重并且反复出现的问题：用户在桌面将同一根网线插入相邻网口，造成网络环路，故障交换机瞬间宕机并且断网，交换机下联的所有用户无法上网。
并且，需要网络运维人员去整个办公区逐个查找桌面网口，无法及时追踪当事人，如果不能及时排查，造成的后果也较为严重。
以往故障记录如下图所示：2、解决方法：（1）解决办法：经过分析，spanning-tree生成树技术可以解决上述问题；（2）原理：使用二层网络技术——生成树技术（spanning-tree）,STP是标准的协议,并不是某个厂商（思科、华为、中兴）专有的。
在交换机中启用生成树功能后，可以实现：在一个网络（vlan）中，生成树由根交换机、非根交换机组成，所有交换机的网口包含根端口、指派端口、非指派端口。
所有网口分为关闭、阻塞、监听、学习、转发5种状态。
一旦一个稳定正常的网络中，加入了非法交换机，会引起生成树的重新计算。
并且阻塞发送bpdu报文的端口。
我们可以利用bpdu保护的功能，将网络中所有交换机的接入 access端口配置为生成树中的边缘端口，并且设置交换机边缘端口检测到bpdu报文时，自动shutdown，以达到保护网络，防止环路的效果。
bpdu报文：网桥协议数据单元（Bridge Protocol Data Unit)。
是一种生成树协议问候数据包。
网上摘抄——“MSTP与STP/RSTP一脉相承，三者有很好的兼容性。
在同一个域内的交换机将互相传播和接收不同生成树实例的配置消息，保证所有生成树实例的计算在全域内进行；而不同域的交换机仅仅互相传播和接收CIST生成树的配置消息，MSTP协议利用CIST保证全网络拓扑结构的无环路存在，也是利用CIST保持了同STP/RSTP的向上兼容，因此从外部来看，一个MSTP域就相当于一个交换机，对不同的域、STP、RSTP交换机是透明的。
STP技术详解(生成树协议)
为了提高可靠性，交换机之间会通过多条链路相连，从而避免单点故障。
•但同时会带来一些灾难性的环路问题。
•••二层网络设计需求和问题：STP••••环路问题：•消除环路通过阻断冗余链路来消除网络中可能存在的环路。
链路备份当活动路径发生故障时，激活备份链路，及时恢复网络连通性。
••STP ：Spanning Tree Protocol ，生成树协议，提供两大功能：STP操作：通过构造一棵树来消除交换网络中的环路。
•使用组播-01-80-C2-00-00-00•••BPDU ：Bridge Protocol Data Unit －桥协议数据单元，STP 工作协议•选举根交换机以及确定每个交换机端口的角色和状态。
○在初始化过程中，每个桥都主动发送配置BPDU。
○在网络拓扑稳定以后，只有根桥主动发送配置BPDU，其他交换机在收到上游传来的配置BPDU后，才会发送自己的配置BPDU。
○发送周期为Hello Time。
○老化时间为Max Age。
○配置BPDU ：•下游交换机感知到拓扑发生变化时向上游发送的拓扑变化通知。
○拓扑变更通告BPDU-TCN BPDU•BPDU 类型：BPDU 字段详解：••••••••BID 最小的成为根桥（先比较优先级，再比较MAC ）•STP 选举过程：•STP选举案例：••••••••••STP端口状态：Hello2s，根桥发送BPDU 的间隔Forward Delay 15s ，监听和学习的持续时间Max Age 20s ，保持阻塞的最大时间（没有收到BPDU ）••STP 的计时器：•STP端口转换：••STP拓扑变化：•••检测到拓扑改变的交换机通过根端口向根桥发送TCN ，上游交换机收到TCN 后回应TCA ，让后下游交换机停止发送TCN ，再通过根端口发送TCN 直到根桥收到，根桥通过指定端口发送TC 通知所有下游交换机把MAC 地址表记录老化时间从300秒变为15秒•stp mode { mstp | stp | rstp }配置STP 模式，缺省为MSTP stp priority 4096配置优先级值，0~61440，步长为4096stp root primary/secondary自动修改优先级，指定主/备根桥stp pathcost-standard { dot1d-1998 | dot1t | legacy }配置路径开销值的标准开销标准：legacy ：cost =1～200000•802.1d标准：cost =1～65535•802.1t标准：cost =1～200000000，默认•stp cost 10修改STP 开销display stp 【brief 】显示STP配置信息和参数•STP配置：•建议指定企业内配置高、性能好的交换机为根桥。
STP技术及其应用
STP技术及其应用摘要本文主要介绍了STP（SpanningTreeProtocol）生成树协议的技术原理、测试情况和应用实例，其中应用实例部分做了重点介绍。
1.1以太网交换机技术基础以太网交换机对网络主机来说，交换机的数据表示和对数据的操作都是透明的。
当开启交换机的电源时，它通过分析来自所有相连网络的输入数据包的源地址来学习网络的拓扑结构。
例如，交换机接收到通过线路1来自主机A的数据包，它就认为通过连接到线路1上的网络可以达到主机A，通过这样的学习过程，交换机就能建立起一张地址表，如表1。
主机地址1111.1111.11112222.2222.22223333.3333.33334444.4444.44441223表1交换机地址表端口号交换机采用这种地址表作为数据包传输转发的基础。
当交换机从其中的一个端口接收到一个数据包时，它根据数据包的目的地址查找地址表，如果地址表中存在有目的地址和交换机中某个端口的对应关系，数据包将通过相应的端口被转发出去，否则，数据包将通过除接收端口外的所有其它端口被转发出去。
交换机成功地分隔了网段内部的数据传输，从而相应地减少了每一个网段上可见的数据传输量，这样就可以提高用户可见的网络响应时间。
1.2网络回路如果在任何两个LAN之间存在多条交换机路径或LAN路径，交换机就会失效，如图1所示。
第1页,共12页主机A网络2交换机A网络1交换机B主机B图1存在回路的组网在图1中，假定主机A向主机B发送一个数据包，两个交换机同时接收到这个数据包，并且都正确地知道主机A位于网络2中。
但是不幸的是，在主机B同时收到两份一样的主机A的数据包后，两个交换机又一次从它们对网络1的端口上接收到数据包，因为在广播级LAN中所有的主机接收所有的消息。
在这种情况下，交换机将改变各自的地址表以指明主机A在网络1中，如果这样的话，当主机B向主机A发送数据包时，两个交换机接收到此数据包后，又会将其丢弃，因为它们的地址表中指明主机A位于网络1中，而实际上主机A位于网络2中。
网络设备冗余和链路冗余-常用技术
网络设备及链路冗余部署——基于锐捷设备冗余技术简介随着Internet的发展，大型园区网络从简单的信息承载平台转变成一个公共服务提供平台。
作为终端用户，希望能时时刻刻保持与网络的联系，因此健壮，高效和可靠成为园区网发展的重要目标，而要保证网络的可靠性，就需要使用到冗余技术。
高冗余网络要给我们带来的体验，就是在网络设备、链路发生中断或者变化的时候，用户几乎感觉不到。
为了达成这一目标，需要在园区网的各个环节上实施冗余，包括网络设备，链路和广域网出口，用户侧等等。
大型园区网的冗余部署也包含了全部的三个环节，分别是：设备级冗余，链路级冗余和网关级冗余。
本章将对这三种冗余技术的基本原理和实现进行详细的说明。
8.2设备级冗余技术设备级的冗余技术分为电源冗余和管理板卡冗余，由于设备成本上的限制，这两种技术都被应用在中高端产品上。
在锐捷网络系列产品中，S49系列，S65系列和S68系列产品能够实现电源冗余，管理板卡冗余能够在S65系列和S68系列产品上实现。
下面将以S68系列产品为例为大家介绍设备级冗余技术的应用。
8.2.1S6806E交换机的电源冗余技术图 8-1 S6806E的电源冗余如图8-1所示，锐捷S6806E内置了两个电源插槽，通过插入不同模块，可以实现两路AC 电源或者两路DC电源的接入，实现设备电源的1＋1备份。
工程中最常见配置情况是同时插入两块P6800-AC模块来实现220v交流电源的1＋1备份。
电源模块的冗余备份实施后，在主电源供电中断时，备用电源将继续为设备供电，不会造成业务的中断。
注意：在实施电源的1＋1冗余时，请使用两块相同型号的电源模块来实现。
如果一块是交流电源模块P6800-AC，另一块是直流电源模块P6800-DC的话，将有可能造成交换机损坏。
8.2.2 S6806E交换机的管理板卡冗余技术图 8-2 S6806E的管理卡冗余如图8-2所示，锐捷S6806E提供了两个管理卡插槽，M6806-CM为RG-S6806E的主管理模块。
stp协议 题目
stp协议题目以下是STP（生成树协议）的相关题目，涵盖了基础知识、技术应用以及性能分析等方面。
1. 简答题（1）简述STP协议的作用。
（2）STP协议如何解决网络环路问题？（3）STP协议中的指定端口选举原则是什么？2. 论述题（1）论述STP协议如何实现逻辑上的树形结构。
（2）分析STP协议在解决网络环路问题中的优势和局限性。
3. 计算题（1）计算STP协议中指定端口的选举结果。
（2）根据给定的网络拓扑和端口状态，分析STP协议的运行结果。
4. 案例分析题（1）分析一个具体网络环境下的STP协议应用案例，指出其中的问题和改进方案。
（2）根据一个实际网络故障案例，分析STP协议在解决环路问题中的作用和效果。
5. 填空题（1）STP协议中，端口状态按照顺序依次为：____、____、____、____、____。
（2）STP协议中，用于选举指定端口的参数是____。
6. 选择题（1）以下关于STP协议的描述中，正确的是：A. STP协议主要用于解决网络拥塞问题B. STP协议可以自动识别和修复环路故障C. STP协议会阻塞所有非指定端口D. STP协议只适用于星型拓扑结构（2）在STP协议中，以下哪个端口会被选举为指定端口？A. 连接终端设备的端口B. 连接其他交换机的端口C. 接收BPDU的端口D. 发送BPDU的端口7. 判断题（1）STP协议可以完全避免网络环路问题。
（）（2）STP协议中的指定端口总是处于转发状态。
（）8. 分析题分析STP协议在网络设计中的重要性，以及如何合理配置STP协议以优化网络性能。
9. 作图题根据给定的网络拓扑和设备，绘制STP协议的运行过程图。
10. 应用题结合实际网络环境，设计一个STP协议的应用方案，并分析其对网络性能的影响。
以上题目可以帮助您全面了解STP协议的相关知识，并提高您在实际应用中的技能。
STP技术及其组网应用
491 STP 技术原理1.1 以太网交换机技术基础以太网交换机对网络主机来说，交换机的数据表示和对数据的操作都是透明的。
当开启交换机的电源时，它通过分析来自所有相连网络的输入数据包的源地址来学习网络的拓扑结构。
例如，交换机接收到通过线路1来自主机A 的数据包，它就认为通过连接到线路1上的网络可以达到主机A，通过这样的学习过程，交换机就能建立起一张地址表。
交换机采用这种地址表作为数据包传输转发的基础。
当交换机从其中的一个端口接收到一个数据包时，它根据数据包的目的地址查找地址表，如果地址表中存在目的地址和交换机中某个端口的对应关系，数据包将通过相应的端口被转发出去，否则数据包将通过除接收端口外的所有其他端口被转发出去。
交换机成功地分隔了网段内部的数据传输，从而相应地减少了每一个网段上可见的数据传输量，这样就可以提高用户可见的网络响应时间。
1.2 网络回路如果在任何两个LAN 之间存在多条交换机路径或LAN 路径，交换机就会失效，如图1所示。
在图1中，假定主机A 向主机B 发送一个数据包，两个交换机同时接收到这个数据包，并且都正确地知道主机A 位于网络2中。
但是不幸的是，在主机B 同时收到两份一样的主机A 的数据包后，两个交换机又一次从它们对网络1的端口上接收到数据包，因为在广播级LAN 中所有的主机接收所有的消息。
在这种情况下，交换机将改变各自的地址表以指明主机A 在网络1中，如果这样的话，当主机B 向主机A 发送数据包时，两个交换机接收到此数据包后，又会将其丢弃，因为它们的地址表中指明主机A 位于网络1中，而实际上主机A 位于网络2中，这样主机A 将永远收不到网络1上主机发给它的数据。
除了类似于上面所描述的基本连接问题之外，广播级消息在具有循环的网络中传递可能会导致更为严重的网络问题。
如图1的循环连接，假定主机A 的初始数据包是一个广播级数据包，两个交换机将会无休止地转发这个数据包，这样会占用所有可能获取的网络带宽，导致网络阻塞。
大数据技术与应用专业《H3C构建高性能园区网5教学设计生成树》
主要包含教学目标确定依据、制定思路和教学目标三局部组成：
〔1〕制定思路与依据
?H3C构建高性能园区网?课程是依据计算机网络技术专业人才培养方案，根据本课程在路由交换技术中的定位与课程标准，确定本次课程的教学目标。
〔2〕教学目标确定思路
经过市场调研、毕业生跟踪调查分析、近百所河北省IT企业的调研，召开专家访谈会、专业建设研讨会，经学院专业指导委员会论证，结合业界知名企业H3C移动通信技术认证体系中“H3CSE网络工程师〞的要求，参考?普通高等学校高职高专教育专业概览?在课程教学过程中，以能力分析为根底设计课程，以能力培养为核心组织教学，以能力形成为目标引导学生学习，以企业认可的能力指标体系评价学习成果。以就业为导向，培养学生的综合职业能力，满足学生职业生涯开展的需要。结合专业行业开展岗位需求，确定本工程单元教学目标制定思路如图1所示：
知识目标
●了解防止交换网络环路的STSTST
网络环境接入；
2软件环境
●H3C Cloud Lab、OracleVMVisualBo和wireshar等教学软件；
●教学案例、
ST
ST
ST
STP，正确配置
正确配置、会查看各实例的树状结构
配置实现后，分析各实例对应VLAN的流量路径
学习态度、学习过程
?H3C构建高性能园区网?课程特点是理论与操作并重，课程教学对象优势是参与度高、竞争意识强、团队合作好，课程教学场所拥有高标准的信息化教学环境，因此本次课程采用采用现代学徒制模式下的课程教学模式，整个教学中实施贯穿始终的工程实训、贯穿始终的校企互动、贯穿始终的第二课堂、贯穿始终的职素训练、贯穿始终的创业教育、贯穿始终的成长关心“六贯穿〞，以培养完整的职业人。
网络环路、STP生成树协议、广播风暴概述及风暴原因对策经验总结查找实例
网络环路网络环路也分为第二层环路和第三层环路,所有环路的形成都是由于目的路径不明确导致混乱而造成的,例如第二层,一个广播信息经过两个交换机的时候会不断恶性循环的产生广播,造成环路,而第三层环路则是原路由意外不能工作,造成路由通告错误,形成一个恶性循环例子:网络192.168.0.0/24--路由1--路由2正常192.168.0.0/24网络被路由1通告到路由2,当网络出问题不能达到的时候,路由1把192.168.0.0/24路由信息删除,但是路由2通告给了路由1,让路由1误以为路由2的那边能达到192.168.0.0/24网络,结果造成恶性循环(例子建立在RIP,IGRP等路由协议下,只有这两个协议会造成第三层环路)网络的二层环路通常在发生办公区域移动或者网络节点比较密集的环境中，因为网络跳线的两端的水晶头为一致的，并没有区分是接Hub/switch或者PC的，导致接入的随意性比较大，从而给使用者造成可以随意将网络跳线同时接入到端口中，一旦发生这种问题就形成了环路，网络环路的危害非常大，重则导致一个公司的所有网络中断，轻则至少一片区域的网络中心，给公司生产和运作带来巨大的损失.传统的二层预防技术主要有STP(Spanning tree)来预防，STP在不断的修改和更新中，产生了诸如STP/RSTP/MSTP等多个版本，大家可根据各自的组网规划来选择应用，但是STP的配置复杂度，以及协议本身的开销通常都是网络管理人员比较头痛的事情。
虽然二层的物理环路在普通的办公室或网络节点并不密集的场景中并不多见，但是在诸如IT制造业或者学校实验室等网络节点密集型的企业，因为人员的流动性，网络节点的密集性，跳线两头RJ45的一致性，所以二层网络环路并不少见，STP在这种环境下多数不生效，无法很好的启用，因为STP与生产的控制程序或者实现程序存在有一定的问题，所以导致二层的网络环路在这类企业中成了一个隐患，定时炸弹一样，指不好什么时候爆发。
局域网技术
VLAN技术
vlan 10
vlan 20
vlan 20
vlan 10
交换机与PC相连的接口配置为access接口，只能通过1个vlan的数据（红色线缆） 交换机与交换机相连的接口配置为trunk接口，可以通过多个vlan的数据（蓝色线缆）
QinQ技术
QinQ基于802.1ad标准，QinQ的原理是，在用户报文进入运营商网络之前封装上 一个运营商网络的VLAN Tag，而把原有的VLAN Tag当做数据，使报文带着两层 VLAN Tag穿越运营商网络。在运营商网络中，报文只根据外层VLAN Tag传输，当 用户报文离开运营商网络时，剥去运营商网络的VLAN Tag，报文在用户网络中， 根据私网VLAN Tag传播。因为叠加了两个802.1Q报头，所以承载VLAN的数目最多 可达4094×4094个。
局域网技术
课程目录
1：局域网常见设备 2：VLAN技术 3：QinQ技术 4：链路聚合技术 5：生成树技术 6：以太网标准
局域网常见设备
1.集线器：工作在物理层，是一个多端口中继器，所有端口工作在一个冲突域。 2.网桥：工作在数据链路层，所有端口工作在一个广播域。 3.二层交换机：工作在数据链路层，是多端口的网桥。交换机隔离冲突域，每个接口属 于一个冲突域，一个交换机属于一个广播域。根据MAC地址转发数据帧。交换机的堆叠可 以扩展端口，增加带宽。交换机的级联可以扩展网络直径。
注：冲突域：在以太网中CSMA/CD网络上的两台计算机在同时通信时会发生冲突。 广播域：网络中的某一设备同时向网络中所有的其它设备发送数据。
局域网常见设备
交换机三种转发模式： 1.直通式转发是指交换机在收到数据帧后，不进行缓存和校验，而是直接转发到目 的端口。 2.存储式转发 交换机首先在缓冲区存储接收到的整个数据帧，然后进行CRC校验,检 查数据帧是否正确，如果正确，再进行转发。如果不正确,则丢弃。 3.碎片隔离式转发 交换机在接收数据帧时,会先缓存数据帧的前64个字节，确保数 据帧大于64个字节，再进行转发。
多生成树协议mstp的作用_概述及解释说明
多生成树协议mstp的作用概述及解释说明1. 引言1.1 概述在现代网络通信中，生成树协议（Spanning Tree Protocol, STP）被广泛应用以确保网络拓扑的冗余和可靠性。
然而，传统STP的局限性导致了一些问题，例如对于大型网络来说，单个生成树的构建和管理十分困难，带宽利用率低下等。
为了克服这些问题，多生成树协议（Multiple Spanning Tree Protocol, MSTP）被引入并逐渐成为网络领域关注的热点。
本文将对MSTP的作用进行全面概述及解释说明，并探讨其在实际应用中的优势和应用场景。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分：引言、多生成树协议MSTP的作用、MSTP概述及基本原理、MSTP实践案例分析以及结论与展望。
引言部分旨在介绍本文的整体内容架构以及MSTP在网络通信中的重要性。
接下来将详细介绍多生成树协议MSTP的定义、特点以及与传统生成树协议相比的优势。
随后会对MSTP进行详细概述，并阐述其基本原理、工作步骤以及关键技术与算法等内容。
在MSTP的基础上，通过实践案例分析将展示MSTP在不同网络环境中的应用情况和效果。
最后，我们将对全文进行总结，并对多生成树协议的未来发展前景进行展望。
1.3 目的本文的目的是为读者提供一个全面深入理解多生成树协议MSTP的作用，并探讨其在实际应用中的优势和应用场景。
通过介绍MSTP的概念、原理和关键技术，希望读者能够了解到MSTP如何解决传统STP存在的问题，并且能够在实际网络构建和管理中灵活应用MSTP，提高网络拓扑可靠性和性能。
同时，通过案例分析可以让读者更加直观地了解MSTP在不同场景下的具体应用效果。
最后，本文也将对多生成树协议未来发展前景进行一些展望。
2. 多生成树协议MSTP的作用2.1 MSTP简介多生成树协议（Multiple Spanning Tree Protocol，简称MSTP）是一种用于构建冗余网络拓扑的协议。
路由交换技术及应用(第3版)-HCNP拓展教学资料-教学大纲
教学大纲课程编号：030702Z0 适用专业：通信类专业课程类型：专业基础课课程性质：必修课课程学时：60 课程学分：4 一、课程定位华为数据认证是我院通信技术专业的一门专业核心课程。
以数据通信网络组网维护所需技术为核心，详细介绍了数据通信技术的必备理论知识和设备操作技能。
课程对培养学生的思维能力、创新能力、科学精神以及利用数据通信技术知识解决实际问题的能力有重要的意义。
通过对本课程的学习，学生将对全面深入的了解中小型网络，掌握中小型网络的通用技术，并具备独立设计中小型网络以及使用华为路由交换（数通）设备实施设计的能力。
本课程的前导课程为《路由交换技术与应用》《网络基础》。
二、课程目标1.专业能力目标（1）具备坚实的数据通信理论基础。
（2）深入了解企业组网使用的常见数通设备。
（3）掌握企业组网所需局域网交换技术，理解RSTP对STP的改进，掌握RSTP/MSTP原理与配置。
（4）理解链路状态路由协议基本原理，OSPF协议基本原理与配置实现；邻居与邻接关系，协议报文与LSA。
（5）理解并掌握BGP基本原理和配置实现：AS，BGP邻居，常用属性特性，路由发布方法，路由通告原则，BGP路径选择，BGP路由聚合，BGP路由策略：BGP路由常用属性和路由策略。
（6）理解并掌握掌握IGMPv1/v2/v3，IGMP Snooping基本原理和配置，PIM-DM，PIM-SM基本原理和配置。
2.方法能力目标（1）具有查找资料，并对文献资料利用与筛查的能力。
（2）具有较强的语言文字组织表达能力。
（3）具有一定的提出问题、分析问题和解决问题的能力。
（4）具有知识迁移和继续学习能力。
（5）具有制定计划、决策及评估的能力。
（6）具有创新思维能力。
3.社会能力目标（1）具有一定的沟通交流、领导组织工作能力。
（2）具有团队协作能力。
（3）遵守职业道德的能力。
三、课程设计1、设计理念（1）职业性及时跟踪产业发展与行业动态，以职业能力培养为教学目标。
HCIA-Datacom网络技术实验指南生成树基础实验-p74
• S3的STP端口角色
[S3]display stp brief MSTID Port 0 GigabitEthernet0/0/1 0 GigabitEthernet0/0/2
Role STP State ROOT FORWARDING DESI FORWARDING
根交换机
S1（核心层）
G0/0/2
[S4]display stp brief MSTID Port
0 GigabitEthernet0/0/2 0 GigabitEthernet0/0/3 [S4]display stp brief MSTID Port 0 GigabitEthernet0/0/2 0 GigabitEthernet0/0/3 [S4]display stp brief MSTID Port 0 GigabitEthernet0/0/2 0 GigabitEthernet0/0/3
Role STP State ALTE DISCARDING ROOT FORWARDING
Protection NONE NONE
8
实验任务1：确认STP端口角色（2）
• S3的STP端口角色
[S3]display stp brief MSTID Port 0 GigabitEthernet0/0/1 0 GigabitEthernet0/0/2
3
实验目的
• 了解如何切换STP模式：STP、RSTP、MSTP • 指定根交换机和备份根交换机 • 调整交换机设备优先级 • 调整端口路径开销 • 调整端口优先级 • 配置根保护 • 配置BPDU保护 • 配置边缘端口 • 配置MSTP
4
实验拓扑
S1（核心层）
G0/0/2
第5章 生成树技术
16
5.6 生成树的基本配置
生成树协议的配置是比较简单的，如果只需要保证网络避免 环路的形成，启动生成树协议即可，在H3C系列交换机中启动生 成树协议的命令为： [SwitchA]stp enable 完成上一命令执行后，交换机所有的端口都将参与生成树的 计算，为了降低交换机的运算负荷，如果可以确定某些端口连接 的部分不存在环路，则可以在端口试图下面，将生成树功能禁止： [SwitchA-Ethernet1/0/1]stp disable 如果是仅仅启动了生成树协议，而生成树协议参数的缺省值 固定，那么网络中根网桥，根端口的选择是不受控制的，而在实 际的网络中，我们总是希望核心设备能够成为生成树的树根，此 时就需要我们修改相应的参数了，H3C系列交换机可以修改很多 的参数。
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5.2 生成树的原理
生成树协议使用称为网桥协议数据单元（Bridge Protocol Data Unit,BPDU）的特殊数据帧来传送设备的有关 信息。BPDU数据帧中包含了一下信息： 根网桥的标识：由网桥的优先级和网桥的48位MAC地址组合而 根网桥的标识 成，前面是优先级，后面是MAC地址； 从发送网桥到根网桥的最小路径开销：即最短路径上所有连 从发送网桥到根网桥的最小路径开销 路开销的代数和； 发送网桥的标识：由网桥的优先级和网桥的48位MAC地址组合 发送网桥的标识 而成，前面是优先级，后面是MAC地址，对于LAN来说，它就 是指定网桥； 发送端口的标识：由端口优先级和端口索引值组合而成，对 发送端口的标识 于LAN来说，它就是指定端口。 最初，所有网桥都发送以自己为根网桥的配置消息（根 网桥，最短路径开销，指定网桥，指定端口）。网桥将收到 的配置消息和自己的配置消息进行优先级的比较，保留优先 级较高的配置消息，并由此来完成生成树的计算。
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交换机生成树协议及应用目录1生成树协议综述 (1)1.1 生成树协议的产生背景 (1)1.2 生成树协议的分类 (1)2 STP协议概述 (1)2.1 STP协议基本思想 (1)2.2 BPDU(网桥协议数据单元） (2)2.3 生成树协议端口的角色 (2)2.4 生成树协议端口的状态 (3)2.5 生成树的形成过程 (3)2.5.1 决定根交换机 (3)2.5.2 决定根端口 (4)2.5.3 认定LAN的指派交换机 (4)2.5.4 决定指派端口 (4)2.5.5 根端口和指派端口的转发设定 (4)2.6生成树协议端口状态迁移 (5)3 RSTP协议概述 (6)3.1 RSTP产生原因 (6)3.2 RSTP与STP的比较 (6)3.5 RSTP的性能分析 (7)4 MSTP协议概述 (7)4.1 MSTP产生原因 (7)4.2 MSTP相关概念 (8)5 生成树的配置 (8)5.1 查看生成树的配置 (8)5.2 打开、关闭STP协议 (8)5.3 设置生成树模式 (8)5.4 配置交换机优先级（Switch Priority） (9)5.5 配置端口优先级（Port Priority） (9)5.6 配置端口的路径花费（Path Cost） (9)5.7 配置Hello Time (10)5.8 配置端口的Max Age (10)5.9 配置端口的Forward Delay (10)5生成树在实际工程中的应用 (11)5.1 环路预防 (11)5.1.1 接入层交换机上发生环路 (11)5.1.1 接入层交换机下联的普通交换机上发生了环路 (12)5.1.1 实际应用举例 (13)5.2冗余备份 (13)5.2.1纯二层冗余备份 (13)5.2.2与VRRP结合使用 (14)1、生成树协议简介1.1生成树协议的产生背景对二层以太网来说，两个局域网之间只能有一条活动着的链路，否则就会产生环路，形成广播风暴。
但是为了加强一个局域网的可靠性，建立冗余链路又是十分必要的，因为，其中的一些通路必须处于备份状态，若网络发生故障，活动链路失效时，冗余链路就必须被提升为活动状态。
因此诞生了一种叫做生成树的协议来解决该问题。
STP的全称是spanning-Tree Protocol，STP协议是一个二层的链路管理协议，它在提供链路冗余的同时防止网络产生环路1.2生成树协议的分类生成树协议的分类，按照产生的时间先后顺序为STP（生成树协议）、RSTP（快速生成树协议）、MSTP（多生成树协议）。
三种生成树所遵循的IEEE标准分别为STP-IEEE 802.3d，RSTP-IEEE 802.3W，MSTP-IEEE 802.3S。
2、STP协议概述2.1 STP协议基本思想STP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型拓扑结构,这样既解决了环路问题，又能在某条活动(active)的链路断开时, ,通过激活被阻断的冗余链路重新修剪拓扑结构以恢复网络的连通。
2.2BPDU(网桥协议数据单元）交换机之间通过交换BPDU （网桥协议数据单元）帧来获得建立最佳树形拓扑结构所需的信息。
这些帧以组播地址01-80-C2-00-00-00(十六进制)为目的地址。
每个BPDU 由以下要素组成。
2.3生成树协议端口的角色根端口(Root port)：交换机中根路径开销最低的端口称为根端口；即提供最短路径到根交换机的端口。
指派端口(Designated port)：每个LAN 通过该端口连接到根交换机。
替换端口(Alternate port)：根端口的替换端口，一旦根端口失效，该端口就立即变为根端口备份端口(Backup port)：指派端口的备份端口，当一个交换机有两个端口都连在一个LAN 上，那么高优先级的端口为指派端口，低优先级的端口为备份端口。
非活动端口(Disable port)：当前不处于活动状态的端口，即operation state 为down 的端口。
2.4生成树协议端口的状态生成树经过一段时间（默认值是50秒左右）稳定之后，所有端口要么进入转发状态，要么进入阻塞状态。
2.5生成树的形成过程2.5.1决定根交换机根交换机(root switch) ：具有最高优先级的交换机被称为根交换机。
选举根交换机。
在各交换机启动时，还没有收到其他交换机发过来的配置消息，都认为自己为根交换机，并向外广播自己的配置消息(RootID 等于自己的BridgeID)，等泛洪过后，所有的交换机都知道了谁的BridgeID 最小，就选举谁为根交换机。
Bridge 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，默认优先级为32768。
2.5.2决定根端口在除根桥外的其他所有交换机 上必须选举一个根端口，根端口选举的原则是比较所有端口上接收到的配置消息的优先顺序（按照配置消息比较原则），选举一个接收到最优配置消息的端口为根端口。
2.5.3认定LAN 的指派交换机 指派交换机(designated switch)： 在每个LAN 中根路径开销最少的交换机，称为该LAN 的指派交换机。
2.5.4决定指派端口指派端口（ Designated port ）：每个LAN 都会选择一台设备为指定交换机，通过该设备的端口连接到根交换机。
2.5.5根端口和指派端口转发设定根端口和指派端口进入Forwarding 状态，其他不在生成树中的端口都处于Discarding 状态。
Switch Aswitch C switchB A 为根交换机 指派端口（DP ）Forwarding 根端口(RP) Forwarding2.6生成树协议端口状态迁移图中显示了端口的五种状态的迁移关系。
从图中我们可以看出来，当一个端口被选为根端口或指定端口，就会从blocking 状态迁移到一个中间状态listening 状态；经历forward delay 的延时，迁移到下一个中间状态learning 状态；再经理一个forward delay 延时，迁移到forwarding 状态。
当一个端口由于拓扑发生改变不再是根端口或指定端口了，就会立刻迁移到blocking 状态。
并且，处于任何状态的端口都可能因为端口可用或者不可用变成disabled 状态。
从listening 迁移到learning ，或者从learning 迁移到forwarding 状态，都需要经过forward delay 延时，通过这种延时迁移的方式，能够保DisabledListening BlockingLearningForwarding（1） （2）（5） （1，2） （4） （5）（1，2）（3）（4）（4） （1，2） （1，2）证网络中需要迁移到discarding状态的端口已经完成了迁移，因此能够有效地避免临时环路的形成。
3、RSTP协议概述3.1 RSTP协议产生原因在实际的应用中，生成树协议也有很多美中不足的地方。
最主要的缺点是端口从阻塞状态到转发状态需要两倍的forward delay时延，导致网络的连通性至少要几十秒的时间之后才能恢复。
如果网络中的拓扑结构变化频繁，网络会频繁的失去连通性。
为此，推出了一种新的生成树协议RSTP。
RSTP（快速生成树协议）是从STP发展而来，实现的基本思想一致；RSTP具备STP的所有功能；RSTP改进的目的就是当网络拓扑结构发生变化时，尽可能快的恢复网络的连通性。
3.2RSTP与STP的比较3.2.1 STP端口的角色和状态STP的端口角色：RootPort（根端口）、DesignatedPort（指派端口）、DiscardingPort（丢弃端口）STP的端口状态：Blocking（阻塞）、Listening（监听）、Learning （学习）、forwarding（转发）、disabled（关闭）3.2.1 RSTP端口的角色和状态RSTP的端口角色：RootPort（根端口）、DesignatedPort（指派端口）、AlternatePort（根端口的替换端口）、BackupPort（指派端口的备份端口）、DisablePort（非活动端口）RSTP的端口状态：Discarding（丢弃）、Learning（学习）、Forwarding（转发）3.3 RSTP的性能分析如果网络的拓扑变化是根端口的改变引起的，并且有一个备用的端口可以成为新的根端口的话，那么故障恢复的时间就是根端口的切换时间，无需延时。
如果网络的拓扑变化是指定端口的变化引起的，并且也有一个备用端口可以成为新的指定端口的话，那么故障恢复的时间就是一次握手的时间。
如果网络的拓扑变化是边缘端口的变化引起的，无需延时。
4、MSTP协议概述4.1 MSTP协议产生原因STP/RSTP是单生成树（SST）协议，在局域网内的所有交换机共享一棵生成树，不能按VLAN阻塞冗余链路，与VLAN没有任何联系。
因此在特定网络拓扑下有些VLAN可能会不通且无法实现负载分担。
MSTP是在传统的STP/RSTP的基础上发展而来的新的生成树协议，它既继承了RSTP端口快速Forwarding机制，又解决了RSTP中不同VLAN必须运行在同一棵生成树上的问题，且通过形成多棵生成树实现负载均衡。
4.2MSTP相关概念instance:一台交换机的一个或多个vlan 的集合MST Region:有着相同instance 配置的交换机组成的域，运行独立的生成树（IST，internal spanning-tree）CST（common spanning tree）:不同MST region 之间运行的生成树。
5、生成树的配置5.1查看生成树的配置命令：在特权模式下show spanning-tree5.2打开、关闭STP协议命令：在全局配置模式下spanning-tree/ no spanning-tree5.3设置生成树模式命令：在全局配置模式下spanning-tree mode [ stp | rstp | mstp ]其中：STP~生成树协议RSTP~快速生成树协议MSTP~多域生成树协议功能：指定生成树协议的模式类型，默认模式是mstp，使用no spanning-tree mode/spanning-tree reset命令恢复至默认值。
5.4配置交换机优先级（Switch Priority）命令：在全局配置模式下spanning-tree mst <instance-id> priority <priority>功能：配置交换机的优先级，其中<instance-id>的取值范围为0~64，<priority>的取值范围为0~61440，按4096的倍数递增，缺省值为32768。