STP/RSTP/MSTP协议简介

STP
- 一、STP协议
- 二、为什么要有STP协议？
BPDU
- 一、什么是BPDU？
- 二、BPDU的功能
- 三、BPDU的类型
端口
- 一、端口角色
- 二、端口状态描述
- 三、端口过渡
- 四、角色选举
- 五、选举的一些影响因素
- 六、根网桥
RSTP
MSTP
- 一、 MSTP
- 二、MSTP的作用
- 三、MSTP实例：
总结

STP

一、STP协议

STP 协议：生成树协议。

二、为什么要有STP协议？

因为当有环路存在时，广播的发送回引起全网的广播风暴，因此需要打破生成的条件，而STP协议就是解决二层广播风暴的重要手段，另外我们会阻塞一些端口，打破环路生成条件，当链路出现问题时，这些阻塞的端口可以过渡到转发状态，实现链路的备份作用。

BPDU

一、什么是BPDU？

BPDU：网桥协议数据单元。
STP的各种选举是通过交换BPDU报文来实现的，BPDU是直接封装在以太帧中的。
对于参与STP的所有SW，它们都是通过数据的交换来获取网络中其它的SW的信息，这种消息就被称为BPDU。
BPDU是直接封装在二层的协议。

二、BPDU的功能

功能：

选举根桥
确定冗余路径的位置
通过阻塞特定的端口来避免环路
通告网络的拓扑变更
监控生成树的状态

三、BPDU的类型

BPDU分两种类型：

配置BPDU：
通常由根桥以周期性间隔发出，包括了STP参数，用于各种选举。
TCN（拓扑变更通告）BPDU：
这种BPDU事当交换机检测到拓扑发生变更时所产生，可由非根网桥发出。

端口

一、端口角色

RP：根端口。每个非根网桥上有且只有一个，选举到达根网桥上路径开销最小的成为根端口。
DP：指定端口。根网桥上每个端口都是指定端口，非根网桥上需要转发数据的端口也是指定端口。
AP：预备端口。该接口状态为blocking状态，只收BPDU，不发BPDU。

二、端口状态描述

Disabled(禁用状态)：不转发数据帧，不学习MAC地址表，不参与生成树的计算。
Blocking(阻塞状态)：不转发数据帧，不学习MAC地址表，接收并处理BPDU，不发送BPDU。
Listening(侦听状态)：不转发数据帧，不学习MAC地址表，参与生成数计算，接收并发送BPDU。
Learing(学习状态)：不转发数据帧，学习MAC地址表，参与生成树计算，接收并发送BPDU。
Forwarding(转发状态)：转发数据帧，学习MAC地址表，参与生成树计算，接收并发送BPDU。

三、端口过渡

端口由Blocking过渡到Forwarding有50S延时，Blocking到Listening有20S的老化时间，Listening到Learing有15S过渡时间，Learing到Forwarding有15S过渡时间。

四、角色选举

选举根交换机的规则：
Lowest BID=网桥优先级+MAC地址（越小越优）
选举根端口、指定端口的规则：

lowest path cost to root bridge(到达根最小路径开销)
Lowest sender BID(最小的发送方BID)
Lowest sender port ID（最小的发送方PID）端口优先级（默认128）+发送方端口号

五、选举的一些影响因素

1、路径开销：

BW	COST
10M	100
100M	19
1G	4
10G	2

2、修改网桥接口（端口）优先级命令：
例：[SW1-Ethernet0/0/1]stp port priority 0（数值为16的倍数）

六、根网桥

设置成根网桥的两种方法：
1、修改网桥优先级命令：
例：[SW1]stp priority 0（数值需设定为4096的倍数）
2、设置此网桥为根桥
例：[SW1]stp root primary（优先级将变为0）

RSTP

RSTP：快速生成树协议。
作用：缩短生成树端口由阻塞到转发状态的过度时间。
开启快速生成树的方法
[ ]stp enable
[ ]stp mode rstp

MSTP

一、 MSTP

MSTP：多实例生成树协议。

二、MSTP的作用

作用：让指定的一个vlan或者多个vlan生成一棵树，实现链路的负载均衡。

例：

[LSW1]stp mode mstp          #stp模式设置为mstp
[LSW1]stp region-configuration     #进入mstp设置模式
[LSW1-mst-region]region-name huawei      #区域名为huawei
[LSW1-mst-region]revision-level 1       #版本级别为1
[LSW1-mst-region]instance 1 vlan 10     #定义实例1为vlan10
[LSW1-mst-region]instance 2 vlan 20     #定义实例2为vlan20
[LSW1-mst-region]active region-configuration     #对mstp配置保存
Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.
[LSW1-mst-region]q
[LSW1]stp instance 1 root primary      #定义本交换机为实例1的根
[LSW1]stp instance 2 root secondary    #定义本交换机为实例2的备选根

三、MSTP实例：

LSW1：

<Huawei>undo ter mo
Info: Current terminal monitor is off.
<Huawei>sys
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.
[Huawei]sysname LSW1
[LSW1]vlan bat 10 20
Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.
[LSW1]int e0/0/1
[LSW1-Ethernet0/0/1]port hybrid pvid vlan 10
[LSW1-Ethernet0/0/1]port hybrid untagged vlan 10 20
[LSW1-Ethernet0/0/1]int g0/0/1
[LSW1-GigabitEthernet0/0/1]port hybrid pvid vlan 10
[LSW1-GigabitEthernet0/0/1]port hybrid untagged vlan 10 20
[LSW1-GigabitEthernet0/0/1]int e0/0/2
[LSW1-Ethernet0/0/2]port link-type trunk
[LSW1-Ethernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan 10 20
[LSW1-Ethernet0/0/2]q
[LSW1]stp mode mstp
[LSW1]stp region-configuration
[LSW1-mst-region]region-name huawei
[LSW1-mst-region]revision-level 1
[LSW1-mst-region]instance 1 vlan 10
[LSW1-mst-region]instance 2 vlan 20
[LSW1-mst-region]active region-configuration
Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.
[LSW1-mst-region]q
[LSW1]stp instance 1 root primary
[LSW1]stp instance 2 root secondary

LSW2

<Huawei>undo ter mo
Info: Current terminal monitor is off.
<Huawei>sys
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.
[Huawei]sysname LSW2
[LSW2]vlan bat 10 20
Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.
[LSW2]int e0/0/1
[LSW2-Ethernet0/0/1]port hybrid pvid vlan 20
[LSW2-Ethernet0/0/1]port hybrid untagged vlan 10 20
[LSW2-Ethernet0/0/1]int g0/0/1
[LSW2-GigabitEthernet0/0/1]port hybrid pvid vlan 20
[LSW2-GigabitEthernet0/0/1]port hybrid untagged vlan 10 20
[LSW2-GigabitEthernet0/0/1]int e0/0/2
[LSW2-Ethernet0/0/2]port link-type trunk
[LSW2-Ethernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan 10 20
[LSW2-Ethernet0/0/2]q
[LSW2]stp mode mstp
[LSW2]stp region-configuration
[LSW2-mst-region]region-name huawei
[LSW2-mst-region]revision-level 1
[LSW2-mst-region]instance 2 vlan 20
[LSW2-mst-region]instance 1 vlan 10
[LSW2-mst-region]active region-configuration
Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.
[LSW2-mst-region]q
[LSW2]stp instance 1 root secondary
[LSW2]stp instance 2 root primary

LSW3

<Huawei>
<Huawei>undo ter mo
Info: Current terminal monitor is off.
<Huawei>sys
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.
[Huawei]sysname LSW3
[LSW1]vlan bat 10 20
Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.
[LSW3]int e0/0/1
[LSW3-Ethernet0/0/1]port hybrid pvid vlan 10
[LSW3-Ethernet0/0/1]port hybrid untagged vlan 10 20
[LSW3-Ethernet0/0/1]int e0/0/2
[LSW3-Ethernet0/0/2]port hybrid pvid vlan 20
[LSW3-Ethernet0/0/2]port hybrid untagged vlan 10 20
[LSW3-Ethernet0/0/2]int e0/0/3
[LSW3-Ethernet0/0/3]port hybrid pvid vlan 10
[LSW3-Ethernet0/0/3]port hybrid untagged vlan 10 20
[LSW3-Ethernet0/0/3]int e0/0/4
[LSW3-Ethernet0/0/4]port hybrid pvid vlan 20
[LSW3-Ethernet0/0/4]port hybrid untagged vlan 10 20
[LSW3-Ethernet0/0/4]q
[LSW3]stp mode mstp
[LSW3]stp region-configuration
[LSW3-mst-region]region-name huawei
[LSW3-mst-region]revision-level 1
[LSW3-mst-region]instance 1 vlan 10
[LSW3-mst-region]instance 2 vlan 20
[LSW3-mst-region]active region-configuration
Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.

<Huawei>undo ter mo
Info: Current terminal monitor is off.
<Huawei>sys
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.
[Huawei]sysname R1
[R1]interface g0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0]undo shutdown
Info: Interface GigabitEthernet0/0/0 is not shutdown.
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ip address 192.168.10.254 24
[R1-GigabitEthernet0/0/0]interface g0/0/1
[R1-GigabitEthernet0/0/1]undo shutdown
Info: Interface GigabitEthernet0/0/1 is not shutdown.
[R1-GigabitEthernet0/0/1]ip address 192.168.20.254 24
[R1-GigabitEthernet0/0/1]q
[R1]interface loop
[R1]interface LoopBack 0
[R1-LoopBack0]ip add 1.1.1.1 24

通讯结果：

PC>ping 192.168.20.10    #PC1通讯PC2：Ping 192.168.20.10: 32 data bytes, Press Ctrl_C to break
From 192.168.20.10: bytes=32 seq=1 ttl=127 time=109 ms
From 192.168.20.10: bytes=32 seq=2 ttl=127 time=156 ms
From 192.168.20.10: bytes=32 seq=3 ttl=127 time=110 ms
From 192.168.20.10: bytes=32 seq=4 ttl=127 time=140 ms
From 192.168.20.10: bytes=32 seq=5 ttl=127 time=141 ms--- 192.168.20.10 ping statistics ---5 packet(s) transmitted5 packet(s) received0.00% packet lossround-trip min/avg/max = 109/131/156 ms

PC>ping 192.168.10.10     #PC2通讯PC1：Ping 192.168.10.10: 32 data bytes, Press Ctrl_C to break
From 192.168.10.10: bytes=32 seq=1 ttl=127 time=141 ms
From 192.168.10.10: bytes=32 seq=2 ttl=127 time=140 ms
From 192.168.10.10: bytes=32 seq=3 ttl=127 time=125 ms
From 192.168.10.10: bytes=32 seq=4 ttl=127 time=125 ms
From 192.168.10.10: bytes=32 seq=5 ttl=127 time=156 ms--- 192.168.10.10 ping statistics ---5 packet(s) transmitted5 packet(s) received0.00% packet lossround-trip min/avg/max = 125/137/156 ms

总结

在一个复杂的网络环境中，难免会出现环路。由于冗余备份的需要，网络设计者都倾向于在设备之间部署多条物理链路，其中一条作主用链路，其他链路作备份，这样都有可能会导致环路产生。
环路会产生广播风暴，最终导致整个网络资源被耗尽，网络瘫痪不可用。环路还会引起MAC地址表震荡导致MAC地址表项被破坏。
为了破除环路，可以采用数据链路层协议STP，运行该协议的设备通过彼此交互信息发现网络中的环路，并有选择的对某个端口进行阻塞，最终将环形网络结构修剪成无环路的树形网络结构，从而防止报文在环形网络中不断循环，避免设备由于重复接收相同的报文造成处理能力下降。

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