生成树协议(STP)
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▪ 当网络拓扑变化时，交换机必须重新计算STP，端口的状态会发生 改变，重新收敛
▪ 重新收敛的时间可能长达50s
本章内容
▪ 冗余拓扑 ▪ 生成树协议 ▪ 快速生成树协议 ▪ STP与RSTP的配置 ▪ 以太网端口聚合
知识准备（三）
快速生成树协议
快速生成树协议
▪ RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol） ：
➢ Switch(config)#spanning-tree mode {mstp|stp|rstp} 注意：默认为MSTP
Spanning Tree的配置
▪ 配置交换机的优先级
➢ Switch(config)#spanning-tree priority <0-61440> 注意：网桥优先级配置只能为4096的倍数
时，提供链路的冗余备份功能。 ▪ 2.需要在两台交换机之间的冗余链路上实现端口聚合，并且在
聚合端口上设置 Trunk，以增加网络骨干链路的带宽。
培养目标
▪ 知识目标
➢ 理解局域网的冗余拓扑 ➢ 理解交换环路带来的问题 ➢ 理解生成树协议、快速生成树协议 ➢ 掌握STP与RSTP的配置
▪ 能力目标
➢ 能够配置RSTP、实现对链路冗余的控制
五、知识准备
知识准备
▪ 冗余拓扑 ▪ 生成树协议 ▪ 快速生成树协议 ▪ STP与RSTP的配置
知识准备（一）
冗余拓扑
百度文库
交换网络内的冗余拓扑
▪ 减少单点故障，增加网络可靠性
▪ 产生交换环路，会导致：
➢ 广播风暴 ➢ 多帧复制 ➢ MAC地址表抖动
SW1 F0/2
F0/1
SW2 F0/2
F0/1
➢ 对STP的补充，在物理拓扑变化或配置参数发生变化时，能够显著地减少 网络拓扑的重新收敛时间
▪ 定义了2种新增加的端口角色，用于取代阻塞端口：
➢ 替代（alternate）端口AP：为根端口到根网桥的连接提供了替代路径 ➢ 备份（backup）端口BP：提供了到达同段网络的备份路径
Root Bridge DP DP
链路带宽 10G 1000M 100M 10M
成本（修订前） 成本（修订后）
1
2
1
4
10
19
100
100
网桥ID
▪ 用于选举根网桥：最低网桥ID的交换机将成为根网桥
➢ 网桥优先级取值范围：0到65535；默认值：32768（0x8000） ➢ 首先判断网桥优先级，优先级最低的网桥将成为根网桥 ➢ 如果网桥优先级相同，则比较网桥MAC地址，具有最低MAC地址的交换
DP BP
RP AP
快速生成树协议
▪ 3种端口状态——丢弃（discarding）、学习（learning）和转发 （forwarding）
运行状态
Disabled Enabled Enabled Enabled Enabled
STP端口状态
Disabled Blocking Listening Learning Forwarding
STP的端口状态
STP的端口状态
▪ 阻塞状态（Blocking）
➢ 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
▪ 监听状态（Listening）
➢ 不能接收或者传输数据，也不能把MAC地址加入地址表，但可以接收和 发送BPDU
▪ 学习状态（Learning）
➢ 不能传输数据，但可以发送和接收BPDU，也可以学习MAC地址
机或网桥将成为根网桥
端口ID
▪ 参与选举根端口
➢ 端口优先级是从0到255的数字，默认值是128（0x80） ➢ 端口优先级越小，则优先级越高 ➢ 如果端口优先级相同，则编号越小，优先级越高
STP的工作过程
▪ 第一步：选举一个根网桥； ▪ 第二步：在每个非根网桥上选举一个根端口； ▪ 第三步：在每个网段上选举一个指定端口； ▪ 第四步：阻塞非根、非指定端口。
Root Bridge
F0/2
F0/1
100M
SW2:
SW3:
4096.00-d0-f8-00-22-22
32768.00-d0-f8-00-33-33
选举指定端口
▪ 每个网段中选取一个指定端口
▪ 用于向根交换机发送流量和从
SW1:
根交换机接收流量
▪ 选举依据：
➢ 根路径成本最小
根路径成本： 0
➢ 所在交换机的网桥ID最小
知识准备（二）
生成树协议
生成树协议概述
▪ IEEE 802.1d STP（生成树协议，
Spanning-Tree Protocol）协议： SW1
➢ 使冗余端口置于“阻塞状态”
F0/2
➢ 网络中的计算机在通信时，只有
F0/1
一条链路生效
➢ 当这个链路出现故障时，将处于
“阻塞状态”的端口重新打开，
可以实现快速收敛
▪ BPDU的传播机制改变：
➢ 非根网桥即使没有收到根网桥发来的BPDU，也会每隔2s发送一次BPDU ➢ 如果连续3个hello time里没有收到邻居发来的BPDU，则认为连接故障
▪ 拓扑变更的机制改变
RSTP的优点
▪ 为根端口和指定端口设置了快速切换用的替换端口（Alternate Port） 和备份端口（Backup Port）两种角色
➢ 端口ID最小
F0/1
Root Bridge
32768.00-d0-f8-00-11-11
F0/1
F0/2
所在交换机 网桥ID最小
100M 100M
F0/2
F0/1
100M
F0/2
SW2:
SW3:
4096.00-d0-f8-00-22-22
32768.00-d0-f8-00-33-33
阻塞非根非指定端口
32768.00-d0-f8-00-33-33
选举根端口
▪ 在非根交换机上选举根端口
▪ 选举依据：
➢ 根路径成本最小 ➢ 发送网桥ID最小 ➢ 发送端口ID最小
根路径成本： 19
SW1: 32768.00-d0-f8-00-11-11
F0/1
F0/2
100M 100M
根路径成本： 38
F0/1
F0/2
选举根网桥
▪ 依据网桥ID选举根网桥，ID值最小者当选
▪ 根网桥每2s发送一次BPDU
SW1: 32768.00-d0-f8-00-11-11
F0/1
F0/2
100M 100M
F0/1
F0/2
Root Bridge
F0/2
F0/1
100M
SW2:
SW3:
4096.00-d0-f8-00-22-22
SW2
主机B
MAC地址表抖动
▪ 由于相同帧的拷贝在交换机的不同端口上被接收而引起的 MAC地
址表不稳定
单播
SW1
？ F0/1：主机B
F0/2：主机B F0/2
主机A
F0/1
单播
F0/2
F0/1
？ F0/1：主机A
SW2
F0/2：主机A
主机B
本章内容
▪ 冗余拓扑 ▪ 生成树协议 ▪ 快速生成树协议 ▪ STP与RSTP的配置 ▪ 以太网端口聚合
BPDU的传播
▪ STP刚启动时，每台交换机都认为自己是根网桥，向外泛洪BPDU ▪ 当交换机的一个端口收到高优先级的BPDU（更小的Root BID或者
更小的Root Path Cost等等）就在该端口保存这些信息，同时向所 有端口更新并传播信息 ▪ 如果收到比自己低优先级的BPDU，交换机就丢弃该信息
▪ 阻塞非根、非指定的端口，形成逻辑上无环路的拓扑结构
SW1: 32768.00-d0-f8-00-11-11
F0/1
F0/2
100M 100M
F0/1
F0/2
Root Bridge
F0/2
F0/1
100M
SW2:
SW3:
4096.00-d0-f8-00-22-22
32768.00-d0-f8-00-33-33
RSTP端口状态
Discarding Discarding Discarding Learning Forwarding
在活动的拓扑中 是否包含此状态
否 否 否 是 是
快速生成树协议
▪ 增加2个变量，用于主动地将端口立即转变为转发状态：
➢ 边缘端口：指连接终端的端口 ➢ 连接类型：根据端口的双工模式来确定，全双工操作的端口为点到点链路，
Hello Time Forward-delay Time Max-age Time Link Type
缺省值 Disable，不打开STP 32768 128 根据端口速率自动判断，计算方法为长 整型 2s 15s 20s 根据端口双工状态自动判断
Spanning Tree的配置
▪ 恢复缺省配置
件测试有明显的广播风暴存在，经过耐心排查有一根网线插错导致
网络产生回路。怎样能通过配置解决网络环路，避免广播风暴呢？
▪
计算机系网络设计图
百兆光纤线 百兆双绞线
计算机系教学大楼
教师办公电脑
网络工程实验室
▪ 二、用户需求 ▪ 三、需求分析 ▪ 1.两台交换机以双链路互联，需要在启用 RSTP避免环路的同
本章内容
▪ 冗余拓扑 ▪ 生成树协议 ▪ 快速生成树协议 ▪ STP与RSTP的配置 ▪ 以太网端口聚合
知识准备（四）
STP与RSTP的配置
Spanning Tree的缺省配置
项目 Enable State STP Priority STP Port Priority STP Port cost
F0/1
F0/2
SW3
文件服 务器
广播风暴
▪ 广播信息在网络中不停地转发，直至导致交换机出现超负荷运转，
最终耗尽所有带宽资源、阻塞全网通信
广播
SW1
F0/2
主机A
F0/1
广播
F0/2
F0/1
SW2
主机B
多帧复制
▪ 单播的数据帧被多次复制传送到目的站点
单播
SW1
F0/2
主机A
F0/1
单播
F0/2
F0/1
机之间的最短路径中指定交换机和LAN相连的端口称为指定端口 （Designated port） ➢ 根端口（Roor port）和指定端口（Designated port）进入转发 Forwarding状态 ➢ 其他的冗余端口就处于阻塞状态（Blocking）
STP的路径成本
▪ 路径成本的计算和链路的带宽相关联 ▪ 根路径成本就是到根网桥的路径中所有链路的路径成本的累计和 ▪ 修订前后的802.1d路径成本 ：
▪ 在只连接了两个交换端口的点对点链路中，指定端口只需与下游网 桥进行一次握手就可以无时延地进入转发状态
▪ 边缘端口可以直接进入转发状态，不需要任何延时
STP与RSTP的兼容性
▪ RSTP协议与STP协议完全兼容 ▪ RSTP协议根据收到的BPDU版本号来自动判断与之相连的交换机
支持STP协议还是RSTP协议
▪ 转发状态（Forwarding）
➢ 能够发送和接收数据、学习MAC地址、发送和接收BPDU
生成树拓扑变更
ROOT
5 34
5
6 12
6
拓扑改变通知消息 拓扑改变应答消息 拓扑改变消息
生成树拓扑变更
▪ 发生变化的交换机会在根端口上每隔hello time时间就发送TCN BPDU（拓扑变化通知BPDU），直到生成树上游的指定网桥邻居 确认了该TCN（拓扑变化通知）为止
BPDU的传播
▪ BPDU传播的最终结果：
➢ 网络中选择了一个交换机为根网桥（Root Bridge） ➢ 每个交换机都计算到根网桥（Root Bridge）的最短路径 ➢ 除根网桥外的每个交换机都有一个根端口（Root Port），即提供最短路
径到Root Bridge的端口 ➢ 每个LAN都有了指定交换机（Designated Bridge），位于该LAN与根交换
F0/1
从而确保网络连接稳定可靠
SW2 F0/2
F0/1
F0/2 SW3
生成树协议的BPDU
▪ 交换机或者网桥之间周期性地发送STP的桥接协议数据单元 （Bridge Protocol Data Unit ，BPDU），用于实现STP的功能
➢ 每2秒发送一次的二层报文 ➢ 组播发送，组播地址为：01-80-C2-00-00-00
学习情境一：构建东校园网络
子学习情境四：生成树协 议（STP）的配置
项目化教学实施流程
学习情境描述
▪
配置完VLAN以后，学生机房与办公教师用机既实现了隔离，
又可以相互连通。一天系里的老师又来找小王，学生机房出现断线，
速度奇慢的情况，断开电源以后会改善，一会又是如此。小王去到
机房后发现，学生机房有好几个，通过若干交换机级联，用抓包软
▪ 配置端口的优先级
➢ Switch(config-if)#spanning-tree port-priority <0-240> 注意：端口优先级配置只能为16的倍数
➢ Switch(config)# spanning-tree reset
▪ 打开、关闭STP
➢ Switch(config)# spanning-tree ➢ Switch(config)# no spanning-tree 注意：锐捷交换机默认关闭spanning tree
▪ 修改生成树协议的类型
▪ 重新收敛的时间可能长达50s
本章内容
▪ 冗余拓扑 ▪ 生成树协议 ▪ 快速生成树协议 ▪ STP与RSTP的配置 ▪ 以太网端口聚合
知识准备（三）
快速生成树协议
快速生成树协议
▪ RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol） ：
➢ Switch(config)#spanning-tree mode {mstp|stp|rstp} 注意：默认为MSTP
Spanning Tree的配置
▪ 配置交换机的优先级
➢ Switch(config)#spanning-tree priority <0-61440> 注意：网桥优先级配置只能为4096的倍数
时，提供链路的冗余备份功能。 ▪ 2.需要在两台交换机之间的冗余链路上实现端口聚合，并且在
聚合端口上设置 Trunk，以增加网络骨干链路的带宽。
培养目标
▪ 知识目标
➢ 理解局域网的冗余拓扑 ➢ 理解交换环路带来的问题 ➢ 理解生成树协议、快速生成树协议 ➢ 掌握STP与RSTP的配置
▪ 能力目标
➢ 能够配置RSTP、实现对链路冗余的控制
五、知识准备
知识准备
▪ 冗余拓扑 ▪ 生成树协议 ▪ 快速生成树协议 ▪ STP与RSTP的配置
知识准备（一）
冗余拓扑
百度文库
交换网络内的冗余拓扑
▪ 减少单点故障，增加网络可靠性
▪ 产生交换环路，会导致：
➢ 广播风暴 ➢ 多帧复制 ➢ MAC地址表抖动
SW1 F0/2
F0/1
SW2 F0/2
F0/1
➢ 对STP的补充，在物理拓扑变化或配置参数发生变化时，能够显著地减少 网络拓扑的重新收敛时间
▪ 定义了2种新增加的端口角色，用于取代阻塞端口：
➢ 替代（alternate）端口AP：为根端口到根网桥的连接提供了替代路径 ➢ 备份（backup）端口BP：提供了到达同段网络的备份路径
Root Bridge DP DP
链路带宽 10G 1000M 100M 10M
成本（修订前） 成本（修订后）
1
2
1
4
10
19
100
100
网桥ID
▪ 用于选举根网桥：最低网桥ID的交换机将成为根网桥
➢ 网桥优先级取值范围：0到65535；默认值：32768（0x8000） ➢ 首先判断网桥优先级，优先级最低的网桥将成为根网桥 ➢ 如果网桥优先级相同，则比较网桥MAC地址，具有最低MAC地址的交换
DP BP
RP AP
快速生成树协议
▪ 3种端口状态——丢弃（discarding）、学习（learning）和转发 （forwarding）
运行状态
Disabled Enabled Enabled Enabled Enabled
STP端口状态
Disabled Blocking Listening Learning Forwarding
STP的端口状态
STP的端口状态
▪ 阻塞状态（Blocking）
➢ 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
▪ 监听状态（Listening）
➢ 不能接收或者传输数据，也不能把MAC地址加入地址表，但可以接收和 发送BPDU
▪ 学习状态（Learning）
➢ 不能传输数据，但可以发送和接收BPDU，也可以学习MAC地址
机或网桥将成为根网桥
端口ID
▪ 参与选举根端口
➢ 端口优先级是从0到255的数字，默认值是128（0x80） ➢ 端口优先级越小，则优先级越高 ➢ 如果端口优先级相同，则编号越小，优先级越高
STP的工作过程
▪ 第一步：选举一个根网桥； ▪ 第二步：在每个非根网桥上选举一个根端口； ▪ 第三步：在每个网段上选举一个指定端口； ▪ 第四步：阻塞非根、非指定端口。
Root Bridge
F0/2
F0/1
100M
SW2:
SW3:
4096.00-d0-f8-00-22-22
32768.00-d0-f8-00-33-33
选举指定端口
▪ 每个网段中选取一个指定端口
▪ 用于向根交换机发送流量和从
SW1:
根交换机接收流量
▪ 选举依据：
➢ 根路径成本最小
根路径成本： 0
➢ 所在交换机的网桥ID最小
知识准备（二）
生成树协议
生成树协议概述
▪ IEEE 802.1d STP（生成树协议，
Spanning-Tree Protocol）协议： SW1
➢ 使冗余端口置于“阻塞状态”
F0/2
➢ 网络中的计算机在通信时，只有
F0/1
一条链路生效
➢ 当这个链路出现故障时，将处于
“阻塞状态”的端口重新打开，
可以实现快速收敛
▪ BPDU的传播机制改变：
➢ 非根网桥即使没有收到根网桥发来的BPDU，也会每隔2s发送一次BPDU ➢ 如果连续3个hello time里没有收到邻居发来的BPDU，则认为连接故障
▪ 拓扑变更的机制改变
RSTP的优点
▪ 为根端口和指定端口设置了快速切换用的替换端口（Alternate Port） 和备份端口（Backup Port）两种角色
➢ 端口ID最小
F0/1
Root Bridge
32768.00-d0-f8-00-11-11
F0/1
F0/2
所在交换机 网桥ID最小
100M 100M
F0/2
F0/1
100M
F0/2
SW2:
SW3:
4096.00-d0-f8-00-22-22
32768.00-d0-f8-00-33-33
阻塞非根非指定端口
32768.00-d0-f8-00-33-33
选举根端口
▪ 在非根交换机上选举根端口
▪ 选举依据：
➢ 根路径成本最小 ➢ 发送网桥ID最小 ➢ 发送端口ID最小
根路径成本： 19
SW1: 32768.00-d0-f8-00-11-11
F0/1
F0/2
100M 100M
根路径成本： 38
F0/1
F0/2
选举根网桥
▪ 依据网桥ID选举根网桥，ID值最小者当选
▪ 根网桥每2s发送一次BPDU
SW1: 32768.00-d0-f8-00-11-11
F0/1
F0/2
100M 100M
F0/1
F0/2
Root Bridge
F0/2
F0/1
100M
SW2:
SW3:
4096.00-d0-f8-00-22-22
SW2
主机B
MAC地址表抖动
▪ 由于相同帧的拷贝在交换机的不同端口上被接收而引起的 MAC地
址表不稳定
单播
SW1
？ F0/1：主机B
F0/2：主机B F0/2
主机A
F0/1
单播
F0/2
F0/1
？ F0/1：主机A
SW2
F0/2：主机A
主机B
本章内容
▪ 冗余拓扑 ▪ 生成树协议 ▪ 快速生成树协议 ▪ STP与RSTP的配置 ▪ 以太网端口聚合
BPDU的传播
▪ STP刚启动时，每台交换机都认为自己是根网桥，向外泛洪BPDU ▪ 当交换机的一个端口收到高优先级的BPDU（更小的Root BID或者
更小的Root Path Cost等等）就在该端口保存这些信息，同时向所 有端口更新并传播信息 ▪ 如果收到比自己低优先级的BPDU，交换机就丢弃该信息
▪ 阻塞非根、非指定的端口，形成逻辑上无环路的拓扑结构
SW1: 32768.00-d0-f8-00-11-11
F0/1
F0/2
100M 100M
F0/1
F0/2
Root Bridge
F0/2
F0/1
100M
SW2:
SW3:
4096.00-d0-f8-00-22-22
32768.00-d0-f8-00-33-33
RSTP端口状态
Discarding Discarding Discarding Learning Forwarding
在活动的拓扑中 是否包含此状态
否 否 否 是 是
快速生成树协议
▪ 增加2个变量，用于主动地将端口立即转变为转发状态：
➢ 边缘端口：指连接终端的端口 ➢ 连接类型：根据端口的双工模式来确定，全双工操作的端口为点到点链路，
Hello Time Forward-delay Time Max-age Time Link Type
缺省值 Disable，不打开STP 32768 128 根据端口速率自动判断，计算方法为长 整型 2s 15s 20s 根据端口双工状态自动判断
Spanning Tree的配置
▪ 恢复缺省配置
件测试有明显的广播风暴存在，经过耐心排查有一根网线插错导致
网络产生回路。怎样能通过配置解决网络环路，避免广播风暴呢？
▪
计算机系网络设计图
百兆光纤线 百兆双绞线
计算机系教学大楼
教师办公电脑
网络工程实验室
▪ 二、用户需求 ▪ 三、需求分析 ▪ 1.两台交换机以双链路互联，需要在启用 RSTP避免环路的同
本章内容
▪ 冗余拓扑 ▪ 生成树协议 ▪ 快速生成树协议 ▪ STP与RSTP的配置 ▪ 以太网端口聚合
知识准备（四）
STP与RSTP的配置
Spanning Tree的缺省配置
项目 Enable State STP Priority STP Port Priority STP Port cost
F0/1
F0/2
SW3
文件服 务器
广播风暴
▪ 广播信息在网络中不停地转发，直至导致交换机出现超负荷运转，
最终耗尽所有带宽资源、阻塞全网通信
广播
SW1
F0/2
主机A
F0/1
广播
F0/2
F0/1
SW2
主机B
多帧复制
▪ 单播的数据帧被多次复制传送到目的站点
单播
SW1
F0/2
主机A
F0/1
单播
F0/2
F0/1
机之间的最短路径中指定交换机和LAN相连的端口称为指定端口 （Designated port） ➢ 根端口（Roor port）和指定端口（Designated port）进入转发 Forwarding状态 ➢ 其他的冗余端口就处于阻塞状态（Blocking）
STP的路径成本
▪ 路径成本的计算和链路的带宽相关联 ▪ 根路径成本就是到根网桥的路径中所有链路的路径成本的累计和 ▪ 修订前后的802.1d路径成本 ：
▪ 在只连接了两个交换端口的点对点链路中，指定端口只需与下游网 桥进行一次握手就可以无时延地进入转发状态
▪ 边缘端口可以直接进入转发状态，不需要任何延时
STP与RSTP的兼容性
▪ RSTP协议与STP协议完全兼容 ▪ RSTP协议根据收到的BPDU版本号来自动判断与之相连的交换机
支持STP协议还是RSTP协议
▪ 转发状态（Forwarding）
➢ 能够发送和接收数据、学习MAC地址、发送和接收BPDU
生成树拓扑变更
ROOT
5 34
5
6 12
6
拓扑改变通知消息 拓扑改变应答消息 拓扑改变消息
生成树拓扑变更
▪ 发生变化的交换机会在根端口上每隔hello time时间就发送TCN BPDU（拓扑变化通知BPDU），直到生成树上游的指定网桥邻居 确认了该TCN（拓扑变化通知）为止
BPDU的传播
▪ BPDU传播的最终结果：
➢ 网络中选择了一个交换机为根网桥（Root Bridge） ➢ 每个交换机都计算到根网桥（Root Bridge）的最短路径 ➢ 除根网桥外的每个交换机都有一个根端口（Root Port），即提供最短路
径到Root Bridge的端口 ➢ 每个LAN都有了指定交换机（Designated Bridge），位于该LAN与根交换
F0/1
从而确保网络连接稳定可靠
SW2 F0/2
F0/1
F0/2 SW3
生成树协议的BPDU
▪ 交换机或者网桥之间周期性地发送STP的桥接协议数据单元 （Bridge Protocol Data Unit ，BPDU），用于实现STP的功能
➢ 每2秒发送一次的二层报文 ➢ 组播发送，组播地址为：01-80-C2-00-00-00
学习情境一：构建东校园网络
子学习情境四：生成树协 议（STP）的配置
项目化教学实施流程
学习情境描述
▪
配置完VLAN以后，学生机房与办公教师用机既实现了隔离，
又可以相互连通。一天系里的老师又来找小王，学生机房出现断线，
速度奇慢的情况，断开电源以后会改善，一会又是如此。小王去到
机房后发现，学生机房有好几个，通过若干交换机级联，用抓包软
▪ 配置端口的优先级
➢ Switch(config-if)#spanning-tree port-priority <0-240> 注意：端口优先级配置只能为16的倍数
➢ Switch(config)# spanning-tree reset
▪ 打开、关闭STP
➢ Switch(config)# spanning-tree ➢ Switch(config)# no spanning-tree 注意：锐捷交换机默认关闭spanning tree
▪ 修改生成树协议的类型