PVST+ 、 PVRST 、 MST 授课笔记（详尽版）
为什么要用STP？---> 防止广播风暴，防止重复帧，防止MAC地址表翻转。
为什么会有广播风暴,重复帧，MAC地址表翻转? ---> 拥有冗余的拓扑。
为什么要使用冗余的拓扑---> 为了实现交换拓扑的可靠性。
是不是一定要使用STP防止广播风暴，重复帧，MAC地址表翻转? ---> 可以把线缆拔掉
STP的终极目标：将某些端口逻辑上阻塞，断开环路。并且阻塞的端口有可能再进入转发
（即实现了可靠性又保证了没有广播风暴）。
STP IEEE 802.1D RSTP IEEE 802.1w MSTP IEEE 8021.s
STP IEEE 802.1D spanning-tree-protocol （cisco不支持）
STP如何决定哪些端口断开。先保证那些不能被断开的端口进入转发，其他端口全部阻塞。
此时STP将一个环形的拓扑计算成一个树形的拓扑。
【STP/PVST 的报文类型：】
i：配置BPDU，只有根网桥能够发送，发送的时间间隔由HELLO计时器控制（2s）
字段：
message type ： 0x00 ---> 表示该报文是配置BPDU
0x80 ---> 表示该报文是 TCN BPDU
FLAG：0x80 0x01
0 0 0 0 0 0 0 0
TCA TC
root identifer ： 发送该BPDU的网桥所认为的根网桥是谁。
cost of path ：根路径成本 ，如果是根网桥发送的BPDU，该字段为0
bridge identifer ： 发送该BPDU的网桥的网桥ID
port ID ：两个字节 第一个字节：端口优先级 第二个字节：端口ID
eg： 0x8018 说明优先级为128 端口ID 为18
ii：TCN BPDU 拓扑改变通知BPDU
SPT选举的过程：
1.选举根网桥：每个运行STP的交换机都有一个 bridge ID
bridge ID = priority + base MAC address
priority 缺省为 32768
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| 交换机刚启动：此时交换机认为自己是根网桥，此时本交换机从所有的端口向外发送配置BPDU，|
| 该BPDU种的 【 root ID = bridge ID = 自己 】。 |
| 其他交换机也会发送这样的BPDU，如果本交换机收到一个BPDU,进行比较： |
| 比较收到的BPDU中 root ID 和自己发出的 root ID 。 |
| i：如果优先级或者MAC地址更大，不与理会，继续发送。 |
| ii：如果优先级较低或者MAC更小，此时不会从该接口向外发送BPDU，每次从该端口收到 |
|
BPDU 从其他端口转发，并且报文中的root ID 为对方的 root ID |
-------------------------------------------------------------------------------------
通过以上方式的选举最终在交换网络能够选择出一个最优的根网桥。（根网桥如果丢失）
2.选择根端口（距离根网桥最近的端口），在所有的非根网桥上选举一个根端口
2.1 判断多个接口收到BPDU的根路径成本。
10M ---------- 100
100M ---------- 19
1000M ---------- 4
10000M ---------- 2
交换机从多个端口收到BPDU（交换机意识到能通过多个端口到达根网桥），此时比较收到BPDU中的 cost of path + 接口的cost
选择最小成本的端口成为根端口（该端口去往根网桥最近）
2.2 如果多个端口的根路径成本一样，则比较多个端口收到的BPDU中的bridge ID 字段，选择收到拥有最小的bridge ID的BPDU报文
的端口成为根端口。
2.3 如果Bridge ID还一样 , 比较多个端口收到BPDU中的 port ID字段，port priority为高位，port identifer 为低位，
缺省情况下端口优先级都为128 0x80..
如果端口优先级一样则比较端口ID号
2.4 如果从多个端口收到的BPDU中，发现什么都一样，此时根据接收的BPDU已经不能区分，此时根据接收该BPDU的端口的端口优先级
和端口ID来判断。
####根端口选举出来后，STP实例已经可以稳定运行#####
3.选择指派端口（每个网段选举一个指派端口，保证该网段有端口转发数据）
先选择指派交换机，选举出指派交换机后，指派交换机和该网段相连的端口就成为指派端口。
指派交换机的选举：
3.1 根路径成本最小
3.2 根路径成本一样，则比较bridge ID
3.3 网桥ID一样则比较，收到的端口优先级和端口ID （PORT ID）
3.4 如果收到的端口优先级和端口ID还是一样则比较,接受端口的 PORT ID
4.所有的非根网桥上都有一个根端口，所有的网段都有指派端口，就可以保证STP的实例，也可以保证所有的网段都能有端口转发。
剩下的所有端口都是冗余的有可能产生环路的端口，所以剩下的所有端口的角色称为 non_design 端口
规律：i：根网桥上的所有端口都是指派端口，根网桥没有根端口
ii：根端口的对面是指派端口。
iii：非根网桥从根端口收到BPDU后，从所有的非边缘指派端口发送出去。
选举端口角色什么时候进行，
什么时候结束。
【端口角色】：
root port :
design port :
non_design port :
【端口状态】：
down|disable : 该接口网络连接断开，H3C设备的话表示该端口没有开启STP。该端口不参与到STP实例中。
listenning: 监听状态，该状态下STP的端口进行选举（角色没有最终确定）。该状态下的端口不能转发数据，也不能学习MAC地址表。
learning : 学习状态，该状态下STP的端口角色已经确定，该状态下端口不能转发数据。但是能够学习MAC地址表。（平滑过度到转发）
forwarding : 转发状态,可以转发数据也可以学习MAC地址表 【稳定状态】
blocking : 阻塞状态，不能转发数据也不能学习MAC地址表，能够监听收到的BPDU。【稳定状态】
【root port和design port最终过度到forwarding状态，non_design端口最终过度到blocking。】
【STP的计时器】 控制各端口状态的切换。
hello：2s，规定了根网桥每个多少秒发送configure BPDU
forward delay：转发延迟，规定了从监听到学习丛学习到转发需要经历的时间。
max age ： 老化时间（最大年龄），规定了根端口/非指派端口在多少秒内没有收到指定的BPDU重新过度到listenning的时间。
【cisco不支持STP/RSTP，支持PVST】
per-vlan spanning-tree 每VLAN的生成树。针对每个vlan运行一个生成树的实例。保证负载平衡。
cisco如何实现区分不同的vlan实例。
利用网桥优先级：16bit的数值：
如果是stp中16bit都表示是优先级。
如果是PVST此时其中的后12bit用来表示vlan的实例号
| priority | vlan instance ID |
| 4bit | 12bit |
| 1000 | 000000000001 | 1000000000000000 = 32768
| 0001 | 000000000001 |
eg：如果是vlan 1 实例的PVST 此时优先级缺省为 32768+1 = 32769
所以在PVST的配置中修改优先级只能修改前4bit ，后12bit 不能动。
PVST配置：
SW1:
spanning-tree vlan 1 priority 0
spanngin-tree vlan 2 priority 4096
SW2:
spanning-tree vlan 1 priority 4096
spanngin-tree vlan 2 priority 0
【cisco 针对PVST的优化】
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1.portfast : 针对连接主机的端口，该端口不可能收到BPDU，也不需要向外发送BPDU，该端口的角色必然是指派端口。
在接入层交换机上所有连接终端的端口都可以配置portfast特性，该端口不需要经过 监听 学习 直
接进入转发。
如果一个portfast端口收到BPDU，此时会放弃portfast身份，此时立即进入listening重新选举。
switchport mode access
spanning-tree port-fast
2.uplink-fast: 能够使得上行链路快速收敛（备份根端口）
当一个交换机配置上uplink-fast特性，该交换机的优先级立即从32768增加到49152。将所有的端口成本增加3000，
这两个特性使得一定程度上本交换机不能成为根网桥，本交换机上可能拥有一个非指派端口。
效果：如果本交换机上的根端口丢失，此时非指派端口立即成为根端口并进入转发。
(config)#spanning-tree uplinkfast
3.backbone-fast
uplinkfast可以针对本交换机上的根端口做一个快速恢复，但是如果不是本交换机上上根端口失效就没用了。
此时可以利用backbonefast 特性达到快速收敛。
启用该特性后，如果从non_design端口收到次级的BPDU（从这点可以判断出对方的根端口丢失）
此时收到这样的次级BPDU后，会本交换机的根端口发出RLQ（根链路查询），该报文会被后续的交换机也从根端口发送出去。
最终到达根网桥，如果根网桥收到RLQ会给出RLQ响应。如果本交换机收到RLQ响应（说明当前的根网桥还在）此时立即将
端口从BLK进入到监听。
【STP/PVST 中的拓扑变更机制】 尽快的让所有交换机重新学习MAC地址表。
拓扑变更发起的条件：
1.当非portfast端口从 listen learnning forwarding 转变成 blocking的时候。
2.当非portfast端口从 blocking 转变成forwarding
【满足拓扑变更条件后：】
i：发生拓扑变更的交换机会主动发出 TCN BPDU ，该BPDU会从根端口向外发送
ii：上游交换机收到TCN BPDU后，主动回复一个 TCA 位置被置一的 configure BPDU（收到了TCN），
iii：下游交换机收到TC 置一的 configure BPDU ，此时停止发送TCN BPDU。
iv：以上过程会持续到根网桥
v：根网桥收到下游发来的TCN，回复TCA，并将自己的MAC地址表的老化时间变为forward-delay。
并且后续产生的configure BPDU中TC位置置一，并从所有的指派端口向外发送（持续时间为MAX AGE+forward-delay）
vi：收到TC位置置一的 configure BPDU 交换机会将MAC地址表的老化时间修改为forward-delay。
PVST 缺省只能支持中继链路为ISL封装的。 PVST+ 中继链路可以支持802.1q封装。
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STP/PVST/PVST+的不足：
1.STP并没有细致的区分端口状态和端口角色
listening learning 和block 没有区别。
2.STP算法是被动的算法，对网络是否达到收敛没有一种反馈机制，也没有主动收敛的机制。
对于拓扑变化的基本方法是从根桥下发TC BPDU，修改MAC地址表的老化时间，自动学习，确立新路径
3.STP算法要求要求在稳定的拓扑中，根网桥主动发出BPDU而其他交换机进行中继，根网桥丢失的响应较慢
rapid-PSVT/RSTP的增强等性：
1）端口的状态更加清晰：
blocking listenning learning forwarding --> PVST
discarding learning forwarding --> rapid-PVST
2) 新增两个端口角色
替代端口（alternative）：替代根端口（类似PVST中的uplinkfast）
如果该端口是因为收到其他交换机发来的BPDU导致自己discarding。
如果本交换机上的根端口丢失，此时替代端口直接成为根端口，并进入转发。
备份端口（backup）：
如果该端口是因为收到本交换机的发来的BPDU导致本端口discarding。
如果该网段上的指派端口丢失，本端口立即成为指派端口，并进入forwarding。
3）新增边缘端口特性（cisco设备上和PVST类似） 配置命令还是 spanning-tree portfast
4）能够区分链路类型
i：p2p 该接口连接的网段只有对端一个交换机 （接口的双工模式是全双工）
ii：share 该接口连接的网段有多个对端交换机。（接口的双工模式是半双工）
5）在配置BPDU中的flag字段新增含义：
0 0 0 0 0 0 0 0
TCA agreement [端口状态] [端口角色] proposal TC
[端口状态]： 1 0 -> forwarding
0 1 -> learning
[端口角色]: 0 0 -> 未使用
0 1 -> 备份/替代端口
1 0 -> 根端口
1 1 -> 指派端口
6）RSTP中针对BPDU发送的改变。
在PVST中BPDU只有根网桥能够发送，这样导致收敛较慢，不能直观的发现直连链路的故障。
在rapid-PVST中稳定状态。所有非边缘指派端口都主动发送configure BPDU（时间为hello时间），
如果对端的根端口/备份/替代端口，在3个hello时间没有收到BPDU在，此时立即进入discarding（重新选举）
7）rapid-PVST中有几个快速收敛的特性：
i：备份端口
ii：
替代端口
iii：[P/A机制] proposal -- agreement ： 使得 指派端口----根端口 快速收敛。
步骤：
1.跟网桥选举后，从所有的非边缘指派端口发送 proposal 位置一的configure BPDU 。
2.下游交换机收到根网桥发来的带有proposal 配置BPDU，检查是否是指定端口发来的，并且本端口是根端口。
(如果本端口是备份/替代端口此时不会响应)
3.此时收到此类BPDU的交换机立即将其他端口同步（SYNC）
（SYNC）：满足同步条件的端口
i：端口状态为discarding
ii：端口为边缘端口！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！
4.当所有其他端口都满足 SYNC条件后，本交换机从根端口向外发送 agreement 置一的 configure BPDU，一但发出
该报文，本端口立即过度到转发。
5.上游交换机从指派端口收到 agreement 置一的 configure BPDU ，本端口也立即进入转发。
6.该过程可以向下传递。
8）RSTP 针对拓扑变化的优化
i：检测拓扑变化只有一个标准，【一个非edge端口迁移到forwarding状态】
ii：检测到拓扑变化采用如下措施：
为本交换机的所有非边缘指定端口和根端口启动一个 TC while timer，时间为hello的两倍。
在此时间内，清空这些端口上学来的MAC地址，同时从这些端口向外发送TC BPDU，直到TC while 超时
其他交换机收到 TC BPDU，清空所有端口学来的MAC地址（除了收到TC BPDU的端口）
然后也为所有自己的非边缘指派端口和自己的根端口启动TC while，重复以上过程。
9) RSTP 在状态为discarding的端口收到次级BPDU，此时回送一个自己认为最优的BDPU，并将端口角色直接转变为
指派端口，并进入转发。
----------------------------------------MSTP部分---------------------------------------------------
IEEE 802.1D ---> STP
IEEE 802.1W ---> RSTP
IEEE 802.1S ---> MSTP
cisco 设备能支持的STP类型是（PVST/PVST+,Rapid-PVST，MSTP）
H3C,JUNIPER等设备支持的STP类型（STP,RSTP,MSTP）
MSTP的优点：
1.多厂家的兼容性
2.在多vlan环境下，生成树的计算更加有效率
3.兼容 802.1D 802.1W
4.有区域的概念。
MSTP region的概念：
MSTP region 的组成条件：
1.相同的name
2.相同的revision number
3.相同的实例ID -- VLAN ID的映射关系
如果对方运行的不是MSTP，此时对方和本网桥也不在
同一个区域
MSTP 的度量值计算：
2的10此方/接口带宽 Kbps
eg ：
100M接口=20000000000/100000 = 200000
MSTP 多个region之间的操作：
1.CIST 公共内部生成树，跨越所有的区域和所有的运行STP的交换机。
CIST是由两部分构成：
i：CST common spanning tree：将所有的region抽象成一个交换机。
CST树的构建：
1）首先选取CST根，网络中的所有交换机相互转发和比较根root ID字段的信息（利用instance 0的MSTP BPDU）
，选举最小的成为CST 总根。
2) 总根所在区域就称为 root region。
3）每个区域和外部区域相连的端口被认为是 bounder Port，该端口会被选举出root port， design port， alternate port。
（选举的过程类似STP）
4）从 region 发出的所有BPDU，bounder port发出的时候都会将内部成本删除
ii：IST
作用：是将region之间的CST树的信息通过IST树穿过本region 到他其他region，
1）选举IST region root ，判断本region中距离root region最进的交换机，该交换机成为region root。
2）该交换机上的bounder port成为根端口，如果有多个bounder port，此时比较对端的网桥ID。。。。
3）此时从本region 的其他 bounder port 中选举出 design port ，alternate端口。
2.MSTI 多生成树实例。从instance 0 开始 针对每个instance ID 计算的在region内的树