第7章 STP-7.1 STP

1.基本概念

网络冗余是在对网络有实时性、稳定性、快速性的要求下,不允许出现故障有效的解决方案,但保证冗余的情况下有时会引起网络环路,导致网络无法正常工作,生成树协议(STP)是一个用于解决环路典型方案之一。

1)桥ID

每台运行STP的交换机都有一个唯一的桥ID(BI),包含16bit的桥优先级(BP)和48bit的桥MAC地址。

2)根桥RB

网络中拥有最小桥ID的交换机成为根桥,在一个交换网络中根桥只有一个,比较桥ID时,先比较优先级,优先级最小的交换机成为根桥,如果优先级相等,MAC地址最小的交换机成为根桥。华为交换机缺省的桥优先级是32768。

3)开销(COST)和根路径开销(RPC)

每个运行STP的接口都维护一个COST值,COST主要用于计算RPC,交换机某个接口到根桥的成本成为RPC(接收BPDU的RPC+接口COST值)。

4)接口ID

运行STP的交换机使用接口ID来标识每个接口(接口优先级+接口编号),长度16bit,高4bit是接口优先级,低12bit是接口编号,缺省为128,华为交换机优先级取值范围0-240,必须是16的倍数。

2.STP选举过程

1)在交换网络中选举一个根桥(RB)

桥ID最小的交换机成为根桥,优先级相等时,MAC地址最小的交换机成为网络中根桥,根桥选举具有可抢占性。

2)每个非根桥上选举一个根接口RP

除了根桥之外的交换机都是非根桥,非根桥将自己所收到的BPDU进行比较,收到BPDU最优的接口为根接口,连接跟桥的接口为根接口。

3)选举指定接口DP

到达根桥最优的接口为指定接口,根桥的接口为指定端口,非根器用自己计算出的BPDU与别的设备发来的BPDU比较。

4)阻塞非指定接口

既不是跟接口,又不是指定接口该接口会被STP阻塞。

3.STP报文

1)配置BPDU

初始化过程中,每台交换机都运行STP的接口向外发生配置BPDU,当STP收敛完成后,只有根桥才会周期性发生配置BPDU(缺省2s),BPDU类型为0x00,标志(Flag)中最低位TC置位1用于拓扑变更,最高位TCA置位1用于拓扑变更确认。

2)TCN BPDU

BPDU类型为0x80,用于在网络拓扑发生变化时向根桥通知变化的发生。

4.STP时间参数

1)Hello Time(Hello时间)

运行STP交换机发生配置BPDU的间隔时间(缺省2s)。

2)Forward Delay(转发延迟)

运行STP交换机从侦听状态进入学习状态,或者学习状态进入转发状态的延迟时间(缺省15s)。

3)Max Age(最大生存时间)

BPDU老化时间(缺省为20s)

一个阻塞接口要从阻塞状态进入转发状态可能需要花费30-50s。

5.BPDU比较原则

1)最小根桥ID

2)最小的RPC

3)最小网桥ID

4)最小接口ID

6.STP生成树计算过程

1)选举根桥

图片[1]-第7章 STP-7.1 STP-大赛人网
图7-1 STP生成树选举根桥网络拓扑

初始状态,交换机SW1、SW2都认为自己是根桥,从运行了STP的接口发送BPDU,包含四个重要字段:根桥ID(优先级+MAC地址)、RPC、网桥ID、接口ID,SW1根桥ID优先级更高被选举为根桥。

2)根接口选举

图片[2]-第7章 STP-7.1 STP-大赛人网
图7-2  STP生成树非根桥选举根端口网络拓扑

非根桥选举根接口,比较从哪个接口收到的BPDU更优,依次比较接收的BPDU的根桥ID、RPC、网桥ID、接口ID(优先级+接口编号),SW2接收的SW1的BPDU根桥ID、RPC、网桥ID相同,G0/0/3接口优先级与G0/0/4接口优先级相同,但G0/0/3接收SW1G0/0/1的接口ID编号小,SW2的G0/0/3接口被选举为根接口。

3)计算非指定接口

图片[3]-第7章 STP-7.1 STP-大赛人网
图7-3  STP生成树非根桥选举非指定端口网络拓扑

非根桥的根接口计算出非根接口的BPDU(根桥ID、RPC(与跟接口COST之和)、网桥ID(本设备)、接口ID(非根桥的非根接口ID)),跟该非根接口保存的BPDU比较,如果更优则为非指定接口,SW2的G0/0/4接口被选举为非指定接口。

4)STP收敛结束,二层环路被打破

图片[4]-第7章 STP-7.1 STP-大赛人网
图7-4  STP生成树收敛结束网络拓扑

SW1周期性发送BPDU,SW2的G0/0/4非指定接口继续保留根桥发送的BPDU,SW2的G0/0/4接口进入阻塞状态,二层环路被打破。

7.STP接口状态

1)禁用Disable:不能收发BPDU,也不能发数据帧(down)。

2)阻塞Blocking:不能发送BPDU,但会侦听BPDU,也不能发数据帧,也不学习MAC地址。

3)侦听Listening:为根接口或指定接口,可以收发BPDU,但不能收到数据帧,也不学习MAC地址。

4)学习Learning:会侦听数据帧(不转发),学习MAC地址。

5)转发Forwarding:正常收发数据帧。

8.STP配置

图片[5]-第7章 STP-7.1 STP-大赛人网
图7-5  STP基本配置网络拓扑

1)STP基本配置

[SW1]stp mode stp 
[SW1]stp enable

[SW2]stp mode stp 
[SW2]stp enable

[SW3]stp mode stp
[SW3]stp enable

2)配置主根桥和次根桥

[SW1]stp root primary 
[SW2]stp root secondary 

3)通过修改优先级(默认32768,范围0-61440,设置时要求是4096的倍数)设置主根桥和次根桥

[SW1]stp priority 0
[SW2]stp priority 4096

4)查看STP

[SW3]display stp
-------[CIST Global Info][Mode STP]-------
CIST Bridge         :32768.4c1f-cce2-612d
Config Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
Active Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
CIST Root/ERPC      :0    .4c1f-cca4-5ab7 / 20000
CIST RegRoot/IRPC   :32768.4c1f-cce2-612d / 0
CIST RootPortId     :128.2
BPDU-Protection     :Disabled
TC or TCN received  :187
TC count per hello  :0
STP Converge Mode   :Normal 
Time since last TC  :0 days 0h:1m:3s
Number of TC        :13
Last TC occurred    :GigabitEthernet0/0/2
----[Port1(GigabitEthernet0/0/1)][DOWN]----
 Port Protocol       :Enabled
 Port Role           :Disabled Port
 Port Priority       :128
 Port Cost(Dot1T )   :Config=auto / Active=200000000
 Designated Bridge/Port   :32768.4c1f-cce2-612d / 128.1
 Port Edged          :Config=default / Active=disabled
 Point-to-point      :Config=auto / Active=false
 Transit Limit       :147 packets/hello-time
 [SW1]display stp brief 
MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
0    GigabitEthernet0/0/1        DESI  FORWARDING      NONE
0    GigabitEthernet0/0/2        DESI  FORWARDING      NONE

[SW2]display stp brief 
MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
0    GigabitEthernet0/0/1        ROOT  FORWARDING      NONE
0    GigabitEthernet0/0/3        DESI  FORWARDING      NONE

[SW3]display stp brief 
MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
0    GigabitEthernet0/0/2        ROOT  FORWARDING      NONE
0    GigabitEthernet0/0/3        ALTE  DISCARDING      NONE
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THE END
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