STP生成树协议

1、环路问题

1.1广播风暴

　　广播风暴的概念：网络中的每一台交换机都会不停的收到帧的拷贝，并对其执行泛洪操作，没执行一次泛洪操作，都会收到一个帧的拷贝，如此循环，就会产生广播风暴。

　　广播风暴带来的问题：大量消耗网络中的带宽资源以及计算机的处理资源，可能导致计算机瘫痪或者局域网局部或者整个网络瘫痪。

1.2 MAC地址表的翻摆

　　概念：当pc发送了一个广播帧A，交换机收到这个广播帧之后会进行泛洪操作。这样以来，这个广播帧会顺时针和逆时针不停的旋转，每次A进入交换内，交换都会不停的修改mac-address表，这样就形成了mac地址表的翻摆。

　　危害：快速的mac地址表翻摆会大量消耗交换机的cpu，严重导致网络的拥堵。

1.3 多帧复制

　　多帧复制的概念：pc1向pc2发送了一个单播帧B，假设SW1的mac-address中没有关于pc2的mac地址，SW2的mac-address中存在pc2的mac地址，SW3的mac-address中也存在关于pc2的mac地址。当pc1向pc2发送一个单播帧B的时候，由于SW1不知道 pc2的mac地址，所以SW1会进行泛洪的操作，这样以来，SW2和SW3都会收到一个单播帧B，又由于，SW2和SW3都存在pc2的mac地址，所以SW2和SW3都会对单播帧B进行对pc2的转发操作，这样以来pc2就收到了两个同样的单播帧B，这样就形成了多帧复制的现象。

2、基本术语

2.1 桥

　　桥：等于交换机，因为早期的交换机只有两个端口，类似于两个设备交换用的“桥梁”

2.2 桥的MAC地址

　　桥的MAC地址： 端口编号最小的端口对应的MAC地址作为整个桥的MAC地址

2.3 桥ID

　　桥ID：共6字节，前两字节是桥优先级，可人为设定，缺省值为0x8000，后4字节是桥的MAC地址

2.4 端口ID

　　端口ID：两种定义方式

　　方式一：两字节，第一字节代表该端口优先级，第二字节代表端口编号

　　方式二：16比特，前4比特端口编号，后12比特端口编号

3、STP树的生成

3.1 STP协议的基本原理

　　在一个具有物理环路的交换网络中，交换机通过运行STP协议，自动生成一个没有环路的工作拓扑（STP树）

3.2 生成过程

　　生成过程：选举根桥，确定跟端口，指定端口，阻塞备用端口

3.2.1 选举根桥

　　交换机启动之初，都会认为自己是根桥，并在发送给别的交换机BPDU中宣告自己是根桥，当交换机收到自己从网络中接收到的BPDU之后，会比较BPDU中指定的根桥的BID和自己的BID，交换机通过不断的交换BPDU，同时对BID的比较，直到选出一台BID最小的交换机作为根桥

3.2.2 确定根端口

　　当选举出根桥之后，一台非根桥设备可能会有多个端口与根桥相连，为保证从某台非根桥设备到根桥设备的工作路径最优且唯一，就必须从非根桥设备中选择出一个根端口，一台非根桥设备中只能有一个根端口

　　根端口的确定过程：

　　　　（1）首先比较RPC路径开销，开销小的作为根端口。

　　　　（2）当RPC相同时，会比较BID，BID小的最为根端口

　　　　（3）当rpc和BID都相同时，会比较PID，PID小的最为根端口

3.2.3 确定指定端口

　　（1）选择RPC小的端口

　　（2）RPC相同，选择所在桥BID小的端口

　　（3）RPC, BID均相同，选择PID小的端口

　　（4）根桥不存在根端口

3.2.4 阻塞备用端口

　　交换机上所有非根端口和非指定端口的端口统称备用端口

　　STP对这些端口进行逻辑阻塞，它们不能转发用户数据帧，但可以发送接收STP协议帧

3.3 STP报文格式

　　载荷数据BPDU分两种：Configuration BPDU和TCN（Topology Change Notification）BPDU

3.3.1 Configuration BPDU

　　（1）三种参数

　　　　BPDU对自身的标识，包括协议标识、版本号、BPDU类型和Flags

　　　　STP计算的参数：包括交换机的BID、PID、RPC

　　　　时间参数：Hello Time、Forward Delay、Message Age、MAX Age

　　（2）Hello Time：交换机发送BPDU的时间间隔，必须在跟桥上修改才有效

　　（3）Forward Delay：端口状态迁移的延迟时间

　　（4）Message Age：是指从根桥发出的BPDU传到当前交换机所需要的总时间

　　（5）MAX Age：BPDU的最大生命周期

3.3.2 TCN（Topology Change Notification）BPDU

　　发生故障时，检测到故障的桥会向上游发送该类报文

3.4 STP端口状态

 3.5 STP的改进RSTP

 

 

4、配置RSTP实验

 4.1 实验拓扑　

 4.2 实验编址

 4.3 实验步骤

　　step1：为两台pc机配置ip和子网掩码。

　　step2：测试主机之间的连通性，测试成功

 　　step3：配置RSTP基本功能，在其他三台交换机上也一样使用该命令，这里不在截图

 　　step4：设置完成后，使用display stp命令去查看生成树的模式及根交换机的位置

 

　　step5：修改S1的优先级为0，之前已经修改，不在演示

　　step6：设置S2为备份根交换机，使用命令 stp root secondary

 　　step6：在S2上使用display stp查看

 　　step7：配置边缘端口，进入接口eth0/0/1，为S4设置边缘端口使用命令stp edged-port enable