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STP

目录

  1. 1.简介
  2. 种类：
  3. 2.两种交换机角色
  4. 3.桥ID
    1. 1.Bridge Priority
    2. 2.mac
  5. 5. 端口过渡状态
  6. 5.5 STP 定时器
  7. 6. 802.1D工作原理
    1. 1.选一个根桥
    2. 2.对每一个非根交换机选出一个根端口
    3. 3.在每个网段上选举一个指定端口（designated）
  8. 7.802.1D 普通生成树的拓扑变动
  9. 8.802.1w RSTP
  10. 9. 802.1s MST

1.简介

防止交换网络环路（冗余备份会造成环路，物理环路）

BPDU Bridge Protocol Data Unit

Bridge ID 用来标示BPDU

种类：

  • 802.1D（CST common spanning tree），所有VLAN使用同一个stp计算，所以稍微变动（root-bridge/root-port replacement）所有vlan都会受影响

  • cisco’s PVST/PVST+

  • 802.1w RSTP

  • 802.1s MST

2.两种交换机角色

根交换机和非根交换机

  • 根交换机负责

  • 根交换机是通过选举出来的，原则是桥ID小的为根

img

3.桥ID

BID是一个8字节的字段，由6字节的MAC地址和2字节（16位）的桥的优先级组成 。

Bridge ID =Bridge priority+mac ，Bridge priority 0-65536间。

1.Bridge Priority

默认交换机Bridge Priority-32768，

使用宏命令：

spanning tree vlan 1 root primary 降低Bridge Priority 两个等级（4096×2）

spanning tree vlan 1 root secondary 降低一个等级（-4096）

( 如果系统中所有SW优先级相同才会这样，如果有比此交换机低的，默认root primary会降为使其成为root的最小值。root se降低一个等级

如果SW1的桥ID（mac）本来就小，SW2优先级手动设低，如果SW1 root primary，则SW1的优先级会和SW2的一样 )

手动调整：

spanning-tree vlan 1 prority 0

设置时，Priority 是4096的倍数，原因：

  • 4位Priority + 12位Extend SystemID（扩展系统ID，12位，等于Vlan ID，最大4095）

  • Priority只有4位，全0时0，0001时为4096，始终为4096的倍数

  • 最大61440（65535-4095）

扩展系统ID：

！！思科自己定义的扩展系统ID。如果交换机mac地址<=1024则只要开启PVST，会自动启用extend system ID。高端交换机不会默认开启，建议园区网手动开启：

spanning-tree extend system-id

2.mac

MAC是交换机的 mac ，不是接口的mac

show interface | in mac & show mac-address-table

img

默认思科用PVST+ ，兼容ieee，Bridge ID 为：优先级+vlan ID+MAC

Root ID  Priority  4116
​       Address   aabb.cc00.0100
​       Cost    100
​       Port    1 (Ethernet0/0)
​       Hello Time  2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec

这些是描述根桥的信息。

img

4.三种端口模式

  • root：非根到达根交换机最近的端口，存在于非根交换机上，转发状态

  • designed：每个网络段只有一个指定端口，根交换机上所有端口都是指定端口，转发状态

  • Nondesigned：非root和designed端口都为Nondesigned，端口为阻塞状态

5. 端口过渡状态

状态 用户数据传送
Disable （关闭）端口未激活，不会参与STP活动不传送
Broken（断离）802.1Q骨干在一端错误配置或默认的本帧VLAN在两端不匹配，STP根防护生效不传送
Listening端口正在发送和接收BPDU不传送
Learning构造无环的桥接表不传送
Forwarding发送和接受用户数据传送
Blocking不允许用户数据从此口发不传送

侦听Listening

当一个交换机被初始化或端口在最大时间计数器（Max Age）的时间范围内（20s）收不到BPDU数据包情况下，STP将端口过渡到侦听状态，此时没有用户数据在这条链路上发送，端口在此状态保持15s，被称为转发延迟计时器

学习Learning

保持在指定或根端口状态的段口会等待15S（Foward delay转发延迟时间），进入学习状态。学习状态是桥要等待15S，在此15S内要构造桥表，目的是确保桥的拓扑稳定。

阻塞Blocking

阻塞状态下，桥不发送配置BPDU，但侦听BPDU，一个阻塞的端口不会转发用户数据

当交换机启动后，都认为自己是根交换机，然后从所有接口向网络中发送 BPDU，称为 configuration BPDU，所以 configuration BPDU 是根交换机发出的。当交换机收到更优 Bridge-ID 的 configuration BPDU，会将它从自己所有接口转发出去，并保存在接口，如果收到差的 configuration BPDU，则全部丢掉，所以在交换网络中，只有根交换机的 BPDU 在转发，其它普通交换机的 BPDU 不会出现在网络中。

根交换机的 BPDU 会在每个 hello 时间往网络中发送一次，hello 时间默认为 2 秒钟，也就是交换机的 BPDU 会在每 2 秒钟往网络中发送一次，如果普通交换机在max-age 时间内没有到根交换机的 BPDU，则认为根交换机已经失效，便开始重新选举 BPDU，默认 max-age 时间为 20 秒，即 10 倍 hello 时间。

除了 hello 时间和 max-age 时间外，还有一个 forward delay 时间，默认为 15 秒，接口在经过 Listening 和 Learning 状态时，都会分别停留一个 forward delay 时间，也就是说接口从 Listening 状态到 Learning 状态，最后变成转发状态，需要经过两个forward delay 时间共计 30 秒。

5.5 STP 定时器

STP 有三个基本定时器，用于管理和调节BPDU：hello，转发延时，最大失效定时器

Hello timer:默认2s，根桥发送BPDU的间隔时间

转发延迟计时器Forward Delay Timer：默认15s，交换机建立转发表的等待时间。监听和学习状态都会持续这么长时间

最大失效计时器Max Age Timer： BPDU被刷新之前的存储时间。如果接口收到新BPDU之前该计时器溢出，端口转入监听。标明有连接故障，默认20s。

hello的发送可避免最大是小计时器溢出，如果有溢出端口转入监听，从连接错误恢复需要50s，20+监听状态持续15s + 学习状态持续15s

6. 802.1D工作原理

1.选一个根桥

最低BID的为根，根所有端口为指定端口并置为转发状态

spanning-tree vlan 1 prority 0 更改优先级

2.对每一个非根交换机选出一个根端口

根端口确定按照下面的规则选出：

a. 最低的桥ID

b. 到达根桥的最低路径，即到跟桥所有路径的总Cost

c. 最低的上游BID

d. 最低上游Port ID （Port ID=Port Priority +端口号，Priority默认128，取值0-255）

e. 最低本地Port ID

链路带宽对应的Cost：

  • 10m 100

  • 100m 19

  • 1000m 4

  • 10G 2

改端口优先级：

spanning-tree port priority 0

3.在每个网段上选举一个指定端口（designated）

对于每个网段 ，STP会选举出1个背离根桥的端口，称为指定端口。 指定端口被置为STP的转发状态 。

所有剩余端口为非指定端口，为阻塞状态

img

7.802.1D 普通生成树的拓扑变动

1.三种BPDU

  • TCN BPDU （新类型BPDU），拓扑变动通告BPDU

  • TC BPDU （配置BPDU），拓扑变动BPDU

  • TCA BPDU （配置BPDU）， 拓扑变动确认BPDU

2.变动方式

当sw1发现某接口down之后，发送TCN给上游sw2，上游sw2 发送TCA给sw1，并将TCN继续转发直到root，root发送TC BPDU给所有桥，并迅速进入15s采用 forward delay，加快mac老化

802.1D 一般只有根才能发配置BPDU，但是开启时，所有路由都会发

8.802.1w RSTP

1.端口角色：根端口，指定端口，替代端口，备份端口，阻塞端口

  • 替代端口：替代根端口

  • 备份端口：备份指定端口

2.端口过渡状态：

  • discarding (将blocking and listening合并)

  • learning

  • forwarding

3.设置

int f1/0/1
spanning-tree portfast

或全局下:

spanning-tree portfast default
! 对所有access 口（一般接主机，edge口）生效

Trouble shooting ： trunk 间不能设置 portfast

9. 802.1s MST

1.简介

多生成树，只有有相同树结构的vlan才能划分到一个实例中

MSTP 最多支持 65 个 STP实例，

MSTP region，三个参数确定一个区域:

  • 1)name

  • 2)revision

  • 3)instance

配置：

spanning-tree mode mst
spanning-tree mst configuration
 name xxx
 revision 1
 instance 1 vlan 1-100
 instance 2 vlan 101-1000
 
! 默认情况下所有vlan属于实例0

spanning-tree mst instance_num root primary|secondary 

Switch#show spanning-tree mst configuration

spanning-tree mst max-age xxx