让人着迷的 STP生成树协议

*生成树协议用于实现二层的线路冗余
在网络中逻辑阻塞部分接口，来实现从源到目标仅用于唯一的一条路径。
当最佳路径故障时，阻塞端口自动工作来实现备份的作用，所谓生成树，其实就是在二层的网络中构建一个树形结构
（唯一，最短，星型拓扑）

所有交换机间使用BPDU的数据帧来进行沟通
BPDU（桥协议数据单元，跨层封装到
二层

BPDU的两种类型
1.配置BPDU
只有根网桥可以发出，在最初无根网桥时，所有交换机均发出
2 次优BPDU --ＴＣＮ－拓扑变更消息
ｈｅｌｌｏ　ｔｉｍｅ　２ｓ
ｈｏｌｄ　ｔｉｍｅ　２０ｓ

ＩＥＥＥ８０２.１Ｄ算法
在根网桥的桥接环路中进行４中角色的选举：
１.　根网桥（一台交换机为一个单位）
２．根端口（一个接口为一个单位）
３指定端口（一个接口为一个单位）
４　非指定端口（一个接口为一个单位）
　默认初始时，所有减缓及均认为本地是根网桥，均向外发送本地BPDU，其他交换机仅进行转发
根网桥（一台交换机）
在一棵生成树中有且仅有一台
对整个树进行管理和部署，通过发送BPDU来进行指挥和维护
选举参数：BPDU中存在ＢＩＤ－桥ID

网桥优先级默认３２７６８
范围　０－６５５３５
ＭＡＣ地址　　背板地址池中最小值的ＭＡＣ地址

选举规则：先比较BID中网桥优先级，最小最优，若优先级相同，再比较MAC地址，小优

根端口（一个接口）：在每台非根网桥上
有且仅有一个，根端口是非根网桥上离根网桥最近的接口，该接口可以转发用户的流量，用于接收来自根网桥的BPDU
选举参数：PID=端口ＩＤ＝接口优先级＋接口编号
接口优先级＝１２８　范围０－２４０
选举规则：
１.比较各个接口从根网桥发出到该接口进入时的最小ｃｏｓｔ值－－进接口
２.若入口的ｃｏｓｔ值相同，变比较该接口对端的交换机ＢＩＤ，小优
３.若对端的ＢＩＤ相同，便比较该接口对端接口的PID，先比较PID中的优先级，小优，若优先级相同比较编号
4.若接口的ＰＩＤ相同，比较本地的PID小优

指定端口（一个接口）：在每段物理链路中有且仅有一个，指定端口是用与转发用户的数据，以及转发来自根网桥的BPDU，默认根网桥所有的端口均为指定端口
选举规则：
1.比较从根网桥发出后，经过该接口再发出时的cost值，小优—出方向
2.若出向cost值相同，比较本地的BID。小优
3.若本地BID相同，再比较本地的ＩＤ，小优
４若本地PID相同，该接口直接阻塞

非指定端口：阻塞端口（一个接口）
逻辑阻塞，可以收到流量，但是不向人和接口进行转发
选举规则：当一个网络中将以上三种角色均选举完成后，剩余所有未分配任何角色的接口成为非指定端口

关于生成树协议的干涉，至少必须关注根网桥的位置，最合适的地点为汇聚层设备

在802.d算法中，端口除了角色外，还存在状态
down：默认所有交换机接口初始状态，指示灯不显示，一旦双up ,向外发出BPDU计入下一状态。
listening：帧听（15 s)
指示灯为橙色，进行生成树的选举，各个接口角色的生成
若接口角色为根端口或指定端口那么进入下一状态，若接口角色定义为非指定端口状态直接切换为阻塞，指示灯保持为橙色
学习（15s)
指数灯为橙色，学习ＰＣ发出的数据包中的原ＭＡＣ，生成MAC地址表，学习完成后进入下一状态吧
forward：转发指示灯为绿色
阻塞状态–非指定端口的状态
1.初始收敛 30s
2.结构突变
1）30s 直连检测前提下，本地的阻塞启用需要15 s帧听+15 s 学习
2）50 s非直连检测的前提下，阻塞端口需要20 shold time+30s选举

任何借口在选举未完成前，均不能转发用户的流量
802.1 d算法的缺点：
1.收敛速度慢
2.链路利用率低

三、PVST+: cisco的技术；其工作原理同PVST完全一致；但可以基于isl和802.1q工作；
可以实现部分的加速；

干涉PVST+的生成树选举指令：
1、修改网桥优先级，可以起到干涉根网桥位置，包括各种端口；
Switch(config)#spanning-tree vlan 3 priority 28672 必须基于不同的vlan分开进行

2、直接干涉根网桥的位置
sw1(config)#spanning-tree vlan 2 root primary 本地成为vlan2的根网桥
sw1(config)#spanning-tree vlan 3 root secondary 本地成为vlan3的备份根

原理：修改为根，本地自动将网桥优先级下调2倍4096；修改为备份根下调1倍4096；

3、修改接口的优先级默认128，范围0—240
sw1(config)#interface fastEthernet 0/24
sw1(config-if)#spanning-tree vlan 2 port-priority ?
<0-240> port priority in increments of 16 修改时必须为16的倍数

4、修改接口的cost值
CORE(config)#interface f0/1
CORE(config-if)#spanning-tree vlan 2 cost ?
<1-200000000> Change an interface’s per VLAN spanning tree path cost

PVST+的部分加速指令：
1、端口加速 ----用于access接口，连接pc；不需要进行生成树选举，直接进入转发状态；
Switch(config)#in f0/1
Switch(config-if)#spanning-tree portfast

CORE(config)#interface f0/35
CORE(config-if)#switchport host 接口默认修改为access，同时portfast功能激活

CORE(config)#spanning-tree portfast default 全局激活postfast，对trunk干道无效

2、上行链路加速 -----交换机在存在直连检测的前提下，本地阻塞端口需要15s侦听，15s学习才能进入
转发状态，开启上行链路加速后，这种接口将直接进入转发状态；
CORE(config)#spanning-tree uplinkfast 该指令只用于接入层设备；
因为接入层设备存在阻塞端口最佳，故uplinkfast开启后，该设备的网桥优先级和cost值将成倍增加；被强制固定为非根设备；

3、骨干加速----交换机在没有直连检测的前提下，需要20s的hold + 30s的收敛才能转发流量；开启骨
干加速后，可以省略20s的hold 但剩余30s，必须正常进行；
CORE(config)#spanning-tree backbonefast 所有交换机均可以正常使用

优点：1、可以将不同vlan的根网桥放置于不同的汇聚层设备上，然后实现流量的分担，提
高了链路的利用率；
2、可以部分的加速、兼容802.1Q

缺点：1、收敛速度慢 –加速不够彻底
2、树形结构多

RSTP/RPVST/802.1W：快速生成树（1-2s收敛完成）
RSTP/RPVST为私有协议基于每个VLAN一颗生成树，选举算法同PVST+一致；
802.1w为公有协议，整个交换网络为一棵树；
不依赖计时器，主动的切换接口状态；
sw1(config)#spanning-tree mode ?
mst Multiple spanning tree mode 802.1s
pvst Per-Vlan spanning tree mode pvst+
rapid-pvst Per-Vlan rapid spanning tree mode 802.1w
sw2(config)#spanning-tree mode rapid-pvst 建议所有交换机切换模式一致
注：不是所有的物理接口均支持RSTP；
点到点链路 RSTP
共享型链路默认不支持RSTP，默认为PVST+
链路类型由接口的双工模式来决定：全双工 —点到点
半双工 ----sharde
sw2(config)#interface range ethernet 0/0 -1
sw2(config-if-range)#spanning-tree link-type point-to-point 修改链路的类型

优点：快速、分流、兼容
缺点：树多

MSTP/802.1S：多生成树
1、基于一个组一颗生成树，一个组中可以放置多个VLAN
2、快速收敛–同802.1W机理一致，故半双工接口需要修改链路类型
配置：
sw1(config)#spanning-tree mode mst 所有交换机上修改
默认存在0号组，所有VLAN均在该组
sw1#show spanning-tree
sw1#show spanning-tree mst 0
sw1(config)#spanning-tree mst configuration 进行组配置
sw1(config-mst)#instance 1 vlan 6-10,115 创建组号1，同时定义该组的VLAN
注：该命令必须在所有交换机上均配置；
sw1(config)#spanning-tree mst 1 root ? 修改根网桥的位置
primary Configure this switch as primary root for this spanning tree
secondary Configure switch as secondary root

sw1(config)#spanning-tree mst 1 priority ? 修改网桥优先级
<0-61440> bridge priority in increments of 4096

sw1(config-if)#spanning-tree mst 1 ? 修改接口优先级，或cost值
cost Change the interface spanning tree path cost for an instance
port-priority Change the spanning tree port priority for an instance

切记：在PVST以上的生成树协议中，均存在基于不同vlan或不同的组来实现多生成树；
若基于多vlan的生成树协议，要求本地必须存在这些vlan，同时本地存在这些vlan的活动用户或者存在活动的trunk干道；否则该交换机上不会出现该vlan的树；
基于组的生成树，原理一致；

CDP：cisco设备发现协议
sw#show cdp neighbors 通过CDP协议可以远程了解网络拓扑；默认开启60s周期向所有邻居告知本地信息；
但cdp协议携带目标敏感信息—VTP 域名 nativevlan id
建议接入层设备同用户相连的接口关闭CDP 协议
sw(config)#no cdp run 全局关闭，该设备上直接关闭CDP协议
sw(config)#interface e0/0
sw(config-if)#no cdp enable 关闭某个接口的CDP协议

SSH：安全外壳协议
安全的远程登录协议，自动对流量进行加密传输
IOS版本中携带K字母，标示安全性设备；

若一台设备需要基于SSH登录，需要该设备上存在秘钥库；
r1(config)#ip domain name haojian.com
r1(config)#crypto key generate rsa general-keys 默认生成512长度
r1(config)#crypto key generate rsa general-keys modulus 1024
可修改1024，SSH版本1.99支持

生成秘钥库后，开启远程登录即可
r1(config)#line vty 0 4
r1(config-line)#login local
r1(config-line)#exit
r1(config)#username ccna privilege 15 secret cisco123
默认此时telnet和ssh登录均可
r1(config)#line vty 0 4
r1(config-line)#transport input ssh 仅允许SSH登录

使用一台设备来SSH登录另一台设备
r2#ssh -l ccna 1.1.1.2
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