Spanning-tree生成树协议

1.为什么需要STP协议
交换机连接起来形成一个复杂的网络，形成一个物理环路。
环路消除：阻塞冗余链路以消除网络上可能的环路。
链路备份：当活动路径出现故障时，激活备份链路以及时恢复网络连接
2.当形成物理环路时，为什么会发生网络风暴
由于交换机的工作原理是存储和转发，因此当交换机接收到消息时，它会根据MAC-IP通信转发数据包。如果MAC地址表中没有此类通信，则消息将通过广播发送到链路。如果消息在链接末尾没有找到地址，它将被丢弃。但是，如果它是一个循环，则消息无法到达链路的末端，并在循环中循环转发，从而形成网络风暴并浪费交换机的性能。
3.STP
STP协议是设置交换机的优先级，人工控制流量路径，将环网拓扑修剪成树状结构，防止网络风暴，配置多棵生成树（MSTP）以达到网络负载平衡的效果，并且一旦发现当前路径故障，生成树协议可以立即激活相应端口，打开备用链路，重新生成STP网络拓扑，从而维持网络的正常运行。
4、STP的工作原理
（1）网桥协议数据单元（BPDU）
（2）具有最高优先级（优先级ID的最低值）的交换机被选为根交换机
（3）选择根交换机后，所有非根交换机机会都会选择到根交换机的最短路径
（4）选择根交换机和最短路径后，还将确定根端口和指定端口
（5）当网络拓扑发生变化时，交换机会会自动启用备份链路
5.Per-VLAN生成树（PVST）
每个VLAN生成树（PVST）为网络中配置的每个VLAN维护一个生成树实例。它使用ISL中继，并允许VLAN中继在被其他VLAN阻止时转发一些VLAN。尽管PVST将每个VLAN视为一个单独的网络，但它能够（在第2层）通过主干中的一些VLAN和另一个主干中的其他VLAN进行负载平衡通信，而这些VLAN不会导致生成树循环。
6.PVAT缺陷
由于每个VLAN都需要生成一棵树，因此PVST BPDU的流量将与主干中的VLAN数量成正比，当VLAN数量较多时，维护多棵生成树的计算量和资源占用量将急剧增加。特别是当主干改变多个VLAN的接口状态时，所有生成树的状态都将被重新计算，CPU将被淹没。由于协议的隐私性，PVST/PVST+无法像STP/RSTP那样得到广泛支持，不同制造商的设备也无法以这种方式直接互连。
7.spaning tree中有五个端口状态：
1）禁用（DIS）端口处于管理关闭状态
2）阻塞（BLK）无法转发用户数据
3）侦听（LIS）界面将启动
4）学习（LRN）学习MAC地址并构造MAC表进程项
5）转发（FWD）可以转发用户数据
端口角色：根：交换机设计的根端口G:指定端口Altn:未指定端口
8.STP标识交换机端口
1). 选择根开关：
检查对象：选择一个运行STP的交换机。
条件：选择网桥ID最小（交换机优先级+MAC地址）的交换机作为根网桥。识别根交换机后，交换机上的所有端口都是DP。
2). 确定非根交换机的根端口RP。每个非根开关只有一个RP：
判断对象：非根桥交换机上不同端口之间；
判断依据：
（1）从端口到根网桥的路径开销最低
（2）发送方网桥ID是最小的
（3）发送方端口ID最小（端口ID有16位，由8位端口优先级和8位端口号组成。端口优先级的值范围为0到240。默认值为128，可以更改，但必须是16的倍数）。
3). 确定非根交换机的指定端口。
决策对象：在每个物理网段上的不同端口之间选择指定端口。
判断依据：
（1）从网桥到根网桥的路径开销最小
（2）发送方网桥ID是最小的
（3）发送方端口ID是最小的
4). 既不是根端口也不是指定端口的AP是阻塞端口。

9.多生成树协议（MST）
MSTP负载平衡的关键是为不同的生成树实例选择不同的根开关。
MSTP的基本概念：
1） .MSTP区域：
域由域名、修订级别以及VLAN和实例之间的映射组成。只有相同的互连交换机才被视为位于同一域中。
区域名称：用32字节的字符串标识MST区域名称。
修订号：16位的修正用于标记修订号。
同一MST区域中交换机的域名、修改号和Vlan到实例的映射必须相同。
2） .从Vlan到MST实例的映射：
每个交换机最多可以创建64个MST实例。数字范围从1到64。Instance0是必需的。
在交换机上，可以将VLAN配置为映射到不同的实例。默认情况下，未映射到MST实例的VLAN属于实例0。
在配置映射之前，交换机上的所有VLAN都属于实例0。
三种生成树的比较：
（1） STP特性
形成无环树：解决广播风暴并实施冗余备份
（2） RSTP特性
形成无环树：解决广播风暴并实施冗余备份
快速收敛：根端口快速进入转发状态；握手机制用于快速转发端口；设置用于快速转发的边缘端口
（3） MSTP特性
形成无环树：解决广播风暴并实施冗余备份快速收敛
形成多个生成树以实现负载平衡：来自不同VLAN的流量可以使用不同的路径转发
10.BKN的状态
交换机端口BKN的状态是STP术语。这是一种罕见且不正确的状态，意味着破碎。有四种情况可能发生：
根不一致性：当一个交换机启用了根保护，并且当一个端口接收到一个先前的BPDU时，STP协议会使端口与根不一致并阻止它。
循环不一致性：当启用循环保护的非指定端口在使用期限内未接收到BPDU时，它会创建一个循环不一致性日志并进入BKN状态。
PVID不一致：当一个端口检测到一个与其连接端口不同的本机VLAN时，它会陷入STP BKN状态，并发送一个带有PVID不一致的日志条目。
端口类型不一致：这种情况非常简单。例如，当一个静态访问端口连接到一个中继端口时，前者认为端口类型不一致，将自己设置为BKN。

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