论文题目：STP（生成树协议）的原理与配置
STP（生成树协议）的原理与配置
摘要：在局域网中，简单的物理冗余会造成回路，若无正确的备份策略，将形成广播风暴而影响整个网络性能，严重情况下甚至会造成整个网络的瘫痪。基于图论的生成树算法就是通过禁止多余的链路将环路结构转换为逻辑上的树形拓扑结构，这样保证互连的网络中任意节点到其他所有节点均有唯一的路径，而且是最优路径，以阻止由此产生的局域网广播风暴。同时，STP负责监测拓扑结构的变化，并能在拓扑结构发生变化之后重构新的生成树拓扑结构。
关键字：网络、广播风暴、STP、拓扑结构；
1.STP的概念：
STP（生成树协议）是一个二层管理协议。在一个扩展的局域网中参与STP 的所有交换机之间通过交换桥协议数据单元BPDU（Bridge Protocol Data Unit）来实现；为稳定的生成树拓扑结构选择一个根桥；为每个交换网段选择一台指定交换机；将冗余路径上的交换机置为Blocking，来消除网络中的环路。
2.STP技术原理：
STP的基本思想就是生成“一棵树”，树的根是一个称为根桥的交换机，根据设置不同，不同的交换机会被选为根桥，但任意时刻只能有一个根桥。由根桥
开始，逐级形成一棵树，根桥定时发送配置报文，非根桥接收配置报文并转发，如果某台交换机能够从两个以上的端口接收到配置报文，则说明从该交换机到根有不止一条路径，便构成了循环回路，此时交换机根据端口的配置选出一个端口并把其他的端口阻塞，消除循环。当某个端口长时间不能接收到配置报文的时候，交换机认为端口的配置超时，网络拓扑可能已经改变，此时重新计算网络拓扑，重新生成一棵树。
3.STP的功能：
生成树协议最主要的应用是为了避免局域网中的网络环回，解决成环以太网网络的“广播风暴”问题，从某种意义上说是一种网络保护技术，可以消除由于失误或者意外带来的循环连接。STP也提供了为网络提供备份连接的可能，可与SDH保护配合构成以太环网的双重保护。新型以太单板支持符合ITU-T 802.1d 标准的生成树协议STP及802.1w规定的快速生成树协议RSTP，收敛速度可达到1s。
IEEE 802.1d是最早关于STP的标准，它提供了网络的动态冗余切换机制。STP使您能在网络设计中部署备份线路，并且保证：
在主线路正常工作时，备份线路是关闭的；当主线路出现故障时自动使能备份线路，切换数据流。
RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol）是STP的扩展，其主要特点是增加了端口状态快速切换的机制，能够实现网络拓扑的快速转换。
4.生成树算法（STA）的过程
生成树算法的过程虽然很复杂，但是其过程可以归纳为三个部分：（1）选择根网桥（2）选项根端口（3）选择指定端口。
选择根网桥的依据是：
交换机的网桥优先级，网桥优先级是用来衡量网桥在生成树算法中优先级的十进制数，取值范围是0～65535.默认值是32768，网桥ID是由网桥优先级和网桥MAC地址组成的。共有8个字节。
STP/RSTP 协议理解 拟制 Prepared by 沈岭 Date 日期 2004-11-03 评审人 Reviewed by Date 日期 yyyy-mm-dd 批准 Approved by Date 日期 yyyy-mm-dd 华为三康技术有限公司 Huawei-3Com Technologies Co., Ltd. 版权所有 侵权必究 All rights reserved
修订记录Revision Record
目录 1 S TP 生成树协议 (7) 1.1STP的主要作用 (7) 1.2STP的基本原理： (7) 1.3STP端口的角色和状态 (8) 1.4端口状态： (9) 1.5STP算法 (9) 1.5.1问题1 (12) 1.5.2问题2 (13) 1.6STP的计时器： (13) 1.7STP拓扑结构改变 (14) 1.8问题讨论 (16) 1.8.1问题3的答案： (16) 1.8.2附加题： (16) 2 RSTP 快速生成树协议 (19) 2.1RSTP的改进 (19) 2.2P/A协商 (22) 2.3拓扑结构变化 (23) 2.3.1问题1： (24) 2.3.2问题2： (25) 2.3.3问题3 (25) 2.3.4问题4： (25) 2.3.5附加题 (26) 2.4RSTP新增特性 (26) 2.4.1BPDU Guard (26) 2.4.2Root Guard (27)
2.4.3Root Primary/Secondary (27) 2.4.4Loop Guard (27) 2.4.5STP Mcheck (28) 2.4.6STP TC-protection (28) 推荐资料： (29) 参考资料： (29)
Stp协议 STP（Spanning Tree Protocol）是生成树协议的英文缩写，是OSI网络互联模型中的第二层（Date Link Layer）中的协议。 STP是基于什么需要所开发的协议： 一个优秀的网络工程师，冗余的思想是尤为重要的，因此在做某些网络互联的项目时，会使用多个交换机Switch进行保障通信，避免单点故障。可是如果几个交换机同时作用时，难免会发生一些问题：1，广播风暴。一个PC或者Host Server 发送一个广播broadcast，从而使形成环路的交换机不停的泛洪（由于交换机是二层设备，没有网络层封装帧的TTL数，所以这种广播风暴更为严重），直到网络堵塞。2，帧的多重复制。由于多台Switch转发数据，可以使目标路由器接收到几个相同的帧，这在三层路由的一些协议中，会出现故障。3，MAC地址表不稳定。由于交换机中MAC表中，一个端口可对应多个MAC地址，而一个MAC无法对应多个端口。然而在多个Switch同时作用环路时，难免会造成MAC 表学习重复，使MAC地址对应的端口不断被覆盖，造成MAC地址表不稳定。 基于以上问题，开发出来了STP生成树协议，该协议可应用于环路网络，通过一定的算法实现路径冗余，同时将环路网络修剪成无环路的树型网络，从而避免报文在环路网络中的增生和无限循环。 生成树协议STP/RSTP 一. 技术原理： STP的基本思想就是生成“一棵树”，树的根是一个称为根桥的交换机，根据设置不同，不同的交换机会被选为根桥，但任意时刻只能有一个根桥。由根桥开始，逐级形成一棵树，根桥定时发送配置报文，非根桥接收配置报文并转发，如果某台交换机能够从两个以上的端口接收到配置报文，则说明从该交换机到根有不止一条路径，便构成了循环回路，此时交换机根据端口的配置选出一个端口并把其他的端口阻塞，消除循环。当某个端口长时间不能接收到配置报文的时候，交换机认为端口的配置超时，网络拓扑可能已经改变，此时重新计算网络拓扑，重新生成一棵树。 总之，其目的就是在不影响冗余的情况下，避免交换机环路的出现。
详解生成树协议STP/RSTP 生成树协议是一种二层管理协议，它通过有选择性地阻塞网络冗余链路来达到消除网络二层环路的目的，同时具备链路的备份功能。 生成树协议和其他协议一样，是随着网络的不断发展而不断更新换代的。“生成树协议”是一个广义的概念，并不是特指IEEE 802.1D中定义的STP协议，而是包括STP以及各种在STP基础上经过改进了的生成树协议。 STP/RSTP 在网络发展初期，透明网桥的运用。它比只会放大和广播信号的集线器聪明得多。它的学习能力是把发向它的数据帧的源MAC地址和端口号记录下来，下次碰到这个目的MAC地址的报文就只从记录中的端口号发送出去，除非目的MAC地址没有记录在案或者目的MAC地址本身就是多播地址才会向所有端口发送。通过透明网桥，不同的局域网之间可以实现互通，网络可操作的范围得以扩大，而且由于透明网桥具备MAC地址学习功能而不会像Hub那样造成网络报文冲撞泛滥。 透明网桥也有它的缺陷，它的缺陷就在于它的透明传输。透明网桥并不能像路由器那样知道报文可以经过多少次转发，一旦网络存在环路就会造成报文在环路内不断循环和增生，出现广播风暴。 为了解决这一问题，后来提出了生成树协议。 STP协议中定义了根桥（RootBridge）、根端口（RootPort）、指定端口（DesignatedPort）、路径开销（PathCost）等概念，目的就在于通过构造一棵自然树的方法达到裁剪冗余环路的目的，同时实现链路备份和路径最优化。用于构造这棵树的算法称为生成树算法SPA（Spanning TreeAlgorithm）。 要实现这些功能，网桥之间必须要进行一些信息的交流，这些信息交流单元就称为配置消息BPDU（BridgeProtocol Data Unit）。STP BPDU是一种二层报文，目的MAC是多播地址01-80-C2-00-00-00，所有支持STP协议的网桥都会接收并处理收到的BPDU报文。该报文的数据区里携带了用于生成树计算的所有有用信息。 生成树协议的工作过程： 首先进行根桥的选举。选举的依据是网桥优先级和网桥MAC地址组合成的桥ID（Bridge ID），桥ID最小的网桥将成为网络中的根桥。在网桥优先级都一样（默认优先级是32768）的情况下，MAC地址最小的网桥成为根桥。 接下来，确定根端口，根据与根桥连接路径开销最少的端口为根端口，路径开销等于‘1000’除于‘传输介质的速率’假设中SW1和跟桥之间
STP生成树协议原理与算法简析 简介 在实际的网络环境中，物理环路可以提高网络的可靠性，当一条线路断掉的时候，另一条链路仍然可以传输数据。但是，在交换网络中，当交换机接收到一个未知目的地址的数据帧时，交换机的操作是将这个数据帧广播出去，这样，在存在物理的交换网络中，就会产生一个双向的广播环，甚至产生广播风暴，导致交换机死机。这就产生一个矛盾，需要物理环路来提高网络可靠性，而环路又可能产生广播风暴，如何才能两全其美呢？ 本章将要讲述的STP，就是用来解决这个矛盾的。STP（Spanning Tree Protocol，生成树协议）是根据IEEE 802.1D 标准建立的，用于在局域网中消除数据链路层物理环路的协议。运行该协议的设备通过彼此交互信息发现网络中的环路，并有选择的对某些端口进行阻塞，最终将环路网络结构修剪成无环路的树型网络结构，从而防止报文在环路网络中不断增生和无限循环，避免设备由于重复接收相同的报文所造成的报文处理能力下降的问题发生。 STP采用的协议报文是BPDU（Bridge Protocol Data Unit，桥协议数据单元），也称为配置消息，BPDU中包含了足够的信息来保证设备完成生成树的计算过程。STP即是通过在设备之间传递BPDU来确定网络的拓扑结构。 1 STP 生成树协议 1.1 STP的主要作用 消除环路：通过阻断冗余链路来消除网络中可能存在的路径回环。 链路备份：当前活动路径发生故障时，激活冗余备份链路，恢复网络连通性。 1.2 STP的基本原理： 通过在交换机之间传递一种特殊的协议报文——BPDU（在IEEE 802.1D中这种协议报文被称为“配置消息”）来确定网络的拓扑结构。配置消息中包含了足够的信息来保证交换机完成生成树计算。（注：此BPDU被称为配置BPDU，另外STP还有TCN BPDU。）
1选取根网桥（rootbridge）---------------只选取一个根交换机1)比较交换机的BridgeID（16位优先级+48位MAC），取ID小的。 优先级可配，如果优先级相同（默认是32768），则比较MAC。 2选取根接口（rootport）-----------------每个非根交换机上选 取一个根接口 1）先比较到达根网桥所经过的所有交换机的出接口的cost值的总和。取cost总和值小的为根接口。 2）当cost总和相同时，则比较对端交换机的BridgeID,取值小的为根接口 3）当BridgeID也相同时，则比较对端PortiD，去小的为根接口。 3选取指定接口（DesignatedPort）--------------每条链路上选取一个指定端口 1）根网桥上的接口都是指定接口。 2）比较该链路两端的交换机到达根网桥所经过的所有交换机的出 接口的cost值的总和。取小的为指定端口。 3）如果cost值的总和相同，则比较该条链路两端的交换机BridgeID，取BridgeID小的上面的端口为指定端口。 4）如果链路两端交换机BridgeID也是相同，则比较对端接口的PortID（由接口优先级和接口号构成，默认优先级128），取小的为 指定接口。 4将其它非根、非指定接口至为替补接口（AlternatePort）。即阻塞。
[SW3]stppriority4096 //修改交换机的优先级 修改接口的代价值// [SW3-Ethernet0/0/3]stpcost4096 [SW3]displaystp //查看详细的stp信息 信息stp查看简单的// displaystpbrief [SW3]
STP 为什么会有stp 为了保证可靠，设计了一种环网拓扑，又因为交换机的工作原理，会出现环路问题，为了解决环路，才有了stp生成树 1 mac地址表震荡 2 广播风暴 作用：在保证可靠的基础上，解决环路问题 原理：阻塞端口（预备端口）通过选举阻塞端口，来防止环路 1 根桥（根交换机）： 1 比较每台交换机上的网桥id （优先级+mac地址）越小越优先 默认优先级 32768 修改优先级修改的时候要改成4096的倍数 交换机上有默认的stp版本为mstp （多实例生成树）stp （生成树）rstp (快速生成树) [系统]stp mode stp 修改stp的模式 Stp priority 4096 修改优先级 2 根端口：非根交换机到达根交换机的最优端口 比较规则 1 路径开销值 2 对端网桥id 3 对端对口id 4 本端端口id （hub） 3 指定端口：每条链路上到达根交换机最优端口根交换机上所有端口都是指定端口 比较规则 1 路径开销 2 本端网桥id
3 本端端口id （端口优先级和端口编号）端口优先级默认是128 4 剩下的端口就叫做阻塞端口 Stp中的报文交互 BPDU 桥协议数据单元 两种bpdu 1 配置bpdu 作用：用于角色（端口）选举 维护网络拓扑 2秒1次最多20秒20 秒没有根的回应，则认为根down掉 2 tcn bpdu 拓扑变化bpdu 作用：当拓扑发生变化时，会发tcn bpdu Bpdu 字段 1 bpdu flsges标识字段 Tca 位拓扑变化确认位 Tc 位拓扑变化位 发生变化时置1 2 root identifier 根网桥id 3 root path cost 到达根的开销值 4 bridge id 本交换机的网桥id 5 port id 端口id 0x8001 前面的80 代表优先级128 ， 01代表端口号 6 message age 消息寿命每经过一台交换机message age +1 7 max age 最大寿命 20 秒 8 hello time 2秒 9 forward delay 转发延迟 15秒 端口的状态变化 1 disable 开启stp时特点：不进行stp计算 2 blocking 阻塞端口直接进入blocking 状态 3 listening 非阻塞端口才进入侦听状态特点：加速mac地址表老化 中间有15秒的间隔时间，目的是为了加速mac地址表老化，mac地址表老化时间300秒 4 learning 学习状态 中间有相隔15秒的时间，加速mac地址表的学习 5 forwarding 转发状态
项目五：生成树协议STP配置 1、实验目的 理解快速生成树协议RSTP的配置及原理。 2、背景描述 某学校为了开展计算机教学和网络办公，建立了一个计算机教师和一个校办公区，这两处的计算机网络通过两台交换机互连组成内部校园网，为了提高网络的可靠性，网络管理员用2条链路将交换机互连，现要在交换机上做适当配制，使网络避免环路。 本实验以2台S2690交换机为例，2台交换机分别命名为SwitchA，SwitchB。PC1与PC2在同一个网段，假设IP地址分别为192.168.0.137，192.168.0.136，网络掩码为255.255.255.0。 3、实验功能 使用网络在有冗余链路的情况下避免环路的产生，避免广播风暴等。 4、实验拓扑 5、实验设备 S2126G（2台），PC机（2台），直通线（4条）。 6、实验步骤 步骤1：交换机SwitchA的基本配置。 Switch#configure terminal ！进入交换机全局配置模式 Switch(config)#vlan 10 ！创建VLAN 10 Switch(config-vlan)#name sales ！将其命名为sales Switch(config-vlan)#exit switch(config)#interface fastethernet 0/5 ！进入接口配置模式 switch(config-if)#switchport access vlan 10 ！将fastethernet 0/5端口加入VLAN 10中switch(config-if)#exit switch(config)#interface range fastethernet 0/1-2 ！进入接口0/1和0/2 switch(config-if-range)#switchport mode trunk ！配置为trunk 步骤2：交换机B上的基本配置 Switch#configure terminal ！进入交换机全局配置模式 Switch(config)#vlan 10 ！创建VLAN 10 Switch(config-vlan)#name sales ！将其命名为sales
交换机生成树协议原理 方便用户连接服务器或高速主干网。用户也可以通过设计多台服务器(进行业务划分)或追加多个网卡来消除瓶颈。交换机还可支持生成树算法，方便用户架构容错的冗余连接。 1.网络中的广播帧 目前广泛使用的网络操作系统有Netware、WindowsNT等，而LanServer的服务器是通过发送网络广播帧来向客户机提供服务的。这类局域网中广播包的存在会大大降低交换机的效率，这时可以利用交换机的虚拟网功能(并非每种交换机都支持虚拟网)将广播包限制在一定范围内。 每台文交换机的端口都支持一定数目的MAC地址，这样交换机能够“记忆”住该端口一组连接站点的情况，厂商提供的定位不同的交换机端口支持MAC数也不一样，用户使用时一定要注意交换机端口的连接端点数。 如果超过厂商给定的MAC数，交换机接收到一个网络帧时，只有其目的站的MAC地址不存在于该交换机端口的MAC地址表中，那么该帧会以广播方式发向交换机的每个端口。 2.虚拟网的划分 虚拟网是交换机工作原理的重要功能，通常虚拟网的实现形式有三种： (1)静态端口分配
静态虚拟网的划分通常是网管人员使用网管软件或直接设置交换机的端口，使其直接从属某个虚拟网。这些端口一直保持这些从属性，除非网管人员重新设置。这种方法虽然比较麻烦，但比较安全，容易配置和维护。 (2)动态虚拟网 支持动态虚拟网的端口，可以借助智能管理软件自动确定它们的从属。端口是通过借助网络包的MAC地址、逻辑地址或协议类型来确定虚拟网的从属。当一网络节点刚连接入网时。 交换机工作原理端口还未分配，于是交换机通过读取网络节点的MAC地址动态地将该端口划入某个虚拟网。这样一旦网管人员配置好后，用户的计算机可以灵活地改变交换机端口，而不会改变该用户的虚拟网的从属性，而且如果网络中出现未定义的MAC地址，则可以向网管人员报警。 (3)多虚拟网端口配置 该配置支持一用户或一端口可以同时访问多个虚拟网。这样可以将一台网络服务器配置成多个业务部门(每种业务设置成一个虚拟网)都可同时访问，也可以同时访问多个虚拟网的资源，还可让多个虚拟网间的连接只需一个路由端口即可完成。 但这样会带来安全上的隐患。虚拟网的业界规范正在制定当中，因而各个公司的产品还谈不上互操作性。Cisco公司开发了 Inter-SwitchLink(ISL)虚拟网络协议，该协议支持跨骨干网(ATM、FDDI、FastEther)的虚拟网。但该协议被指责为缺乏安全性上的考虑。
华为生成树协议STP分析过程与配置方法 一、学习目的： 1、掌握配置STP的方法 2、掌握修改网桥优先级影响根选举的方法 3、掌握修改端口优先级影响根端口与指定端口选举的方法 4、掌握配置RSTP的方法 5、掌握STP与RSTP的相互兼容问题 6、掌握配置MSTP实现不同vlan负载均衡的方法 7、掌握MSTP与STP的相互兼容问题 8、掌握生成树中的保护方法 二、重点命令 1、开启stp [plain]view plain copy 1.stp enable 2.stp mode stp 2、查看stp状态
[plain]view plain copy 1.dis stp 2.dis stp brief 3、指定stp主根和备根 [plain]view plain copy 1.stp root primary 2.stp root secondary 4、手工指定根桥优先级 [plain]view plain copy 1.stp priority 4096（4096的倍数） 5、指定RP [plain]view plain copy 1.int g0/0/10 2.stp port priority 16（16的倍数）
6、指定DP [plain]view plain copy 1.int g0/0/24 2.stp cost 2000000 7、开启rstp [plain]view plain copy 1.stp enable 2.stp mode rstp 8、配置mstp [plain]view plain copy 1.stp enable 2.stp mode mstp 3.stp region-configuration 4.region-name RG1 5.instance 1 vlan 1 to 10 6.instance 2 vlan 11 to 20 7.active region-configuration
生成树协议的作用 功能强大、可靠的网络需要有效地传输流量，提供冗余和故障的快速恢复功能。在第2层网络中，路由协议不可用，生成树协议通过从软件层面修改网络物理拓扑结构来构建一个无环路逻辑转发拓扑结构，提供了物理线路的冗余连接，消除了网络风暴，从而提高网络的稳定性和减少网络故障的发生率。 生成树协议的原理 生成树协议（Spanning Tree Protocol）是在网络有环路时，通过一定的算法将交换机的某些端口进行阻塞，从而使网络形成一个无环路的树状结构。 1、生成树协议的工作过程 采用三个规则来使某个端口进入转发状态： 生成树协议选择一个根网桥，根网桥的所有端口都处于转发状态 每一个非根网桥选一个端口到根网桥中且管理成本最低的 端口作为根端口，生成树协议将使根端口处于转发状态 当网络中有多个网桥时，它们会将其到根网桥的管理成本宣告出去，其中管理成本最低的网桥作为指定网桥，指定网桥中发送最低管理成本BPDU的端口为指定端口，该端口处于转发状态，所有其他端口被置为阻塞状态
2、根网桥的选择 开始所有网桥都通过发送STP报文来声明自己是根网桥，这些交换信息的数据成为网桥协议数据单元（BPDU），BPDU 包含以下内容： 根网桥的ID 一个可设置的优先级这是根网桥的优先级 到达根网桥的成本 发送该BPDU的网桥ID 根网桥的选择条件： 最小优先级别的网桥将成为根网桥 若优先级别相同，则具有最小网桥ID的网桥成为根网桥 注：网桥或交换机选择地址池中的一个MAC地址作为网桥 的ID，由于MAC地址的唯一性，所以网桥ID也是唯一的。用来标识根网桥和优先级、网桥ID和成本的报文成为hello 数据包。STP就是通过hello数据包中的内容来判断网络中 是否有比自己更合适作为根网桥的网桥，如果有就停止并且转发合适网桥的hello数据包，最终将有一台网桥成为根网桥。 3、根端口的选择 不是根网桥的交换机都选择一个根端口，这是通过判断出有最小根路径成本的端口做到的，这个代价一直带在BPDU上，沿途的每台不是根网桥的交换机都把接收BPDU的端口的
【实验名称】：生成树协议STP配置(Boson Netsim模拟器只能实现部分功能) 【实验目的】： 掌握生成树STP协议的基本概念 掌握使用STP端口权值实现负载均衡 掌握配置STP路径值的负载均衡 【实验仪器及用品】：BOSON NETSIM模拟器 【实验内容】： 生成树协议（Spanning Tree Protocol，STP）是交换式以太网中的重要概念和技术，该协议的目的是在实现交换机之间的冗余连接的同时，避免网络环路的出现，实现网络的高可靠性。它通过在交换机之间传递桥接协议数据单元（Bridge Protocol Data Unit，BPDU）来互相告知诸如交换机的桥ID、链路性质、根桥ID等信息，以确定根桥，决定哪些端口处于转发状态，哪些端口处于阻断状态，以免引起网络环路。 1．使用STP端口权值实现负载均衡 当同一台交换机的两个口形成环路时，STP端口权值用来决定哪个口是交换状态的，哪个口是阻断的。可以通过配置端口权值来决定两对Trunk各走哪些VLAN，有较高权值的端口（优先级数字较小的）Vlan将处于转发状态，同一个Vlan在另一个Trunk有较低的权值（优先级数字较大），则将处于阻断状态。同一个VLAN只在一个Trunk上发送接收。 基于端口权值的负载均衡示意图。假设有5个VLAN1-5，Trunk1将发送和接收VLAN1-2的数据，Trunk2将发送和接收VLAN3-5的数据。 STP端口权值的负载均衡 配置VTP 用端口f0/11做Trunk1，用端口f0/12做Trunk2 switch1#vlan database （进入VLAN配置子模式） switch1(vlan)#vtp server （设置本交换机为Server模式） switch1(vlan)#vtp domain vtpserver （设置域名）
STP生成树的工作原理 一、STP生成树的工作原理 STP的基本原理可以归纳为三步，选择根网桥RB、选择根端口RP、选择指定端口DP。然后把根端口、指定端口设为转发状态，其它接口设为阻塞状态，这样一个逻辑上无环路的网络拓扑就形成了。 1.选择根网桥 选择根网桥的依据是网桥ID,由优先级和MAC地址组成，先看优先级，优先级相同时再看MAC地址，值越小越优先选择。根网桥的选择过程与政治选举类似。 2.选择根端口 每一个非根网桥将从其接口选出一个到根网桥管理成本（ad ministrative cost）最低的接口作为根端口，选择的依据是 (1)自身到达根网桥的根路径成本最低的接口。 根路径成本的计算是，接口收到BPDU中所包含的成本与接口的成本的累加。 (2)直连网桥ID最小 (3)端口ID最小 3.选择指定端口
当一个网段中有多个网桥时，这些网桥会将他们到根网桥的管理成本都通告出去，其中具有最低管理成本的网桥将作为指定（designated）网桥。指定网桥中发送最低管理成本的BPDU的接口是该网段中的指定端口。在每段链路上，选择一个指定端口，选择的依据是： (1)发送最低根路径成本的BPDU的接口 (2)所在网桥ID最小 (3)端口ID最小 总结： 选举根端口，比较接收的BPDU 选举指定端口，比较发送的BPDU 二、STP拓扑稳定后，所以工作中的交换机接口都将处于转发或阻塞状态，生成树的工作过程如下： (1)根交换机创建成本为0的Hello BPDU，并向其所有接口转发出去
(2)邻接的非根网桥将接收的hello数据包中的成本加上接收端口的成本后，从指定端口转发出去。 (3)每经过一个hello时间周期根网桥重复步骤(1)，非根网桥重复步骤(2)，直到网络拓扑发生变化。 总结一下： STP拓扑稳定后，根网桥通过每2s的hello时间创建和发送helloBPDU,非根网桥通过根端口接收BPDU,并且从从指定端口转发改变后的BPDU。各交换机通过接收到得的BP DU 消息，来保持各端口状态的有效，直到拓扑发生变化。 三、网络对变化时生成树的状态
STP 生成树协议的功能：局域网中为了避免环路形成的广播风暴，需要阻塞冗余链路，消除环路，并且在主链路中断时，又可以将冗余链路自动切换为转发状态，恢复网络的连通性。 STP（spanning tree protocol，生成树协议）用于消除数据层物理环路的协议 通过在桥之间交换BPDU（bridge protocol data unit，桥协议数据单元），来保证设备完成生成树的计算过程。 小知识： 环路产生的原因：1.基于局域网的可靠性，为交换机之间提供冗余连接； 2.错误的网络配置导致环路产生； 根桥（root bridge）：整个生成树的根节点，有所有交换机中优先级最高的交换机担任。 桥ID：包含桥优先级和MAC地址（长度是8B），由于MAC 在网络中是唯一的，故：桥ID也是唯一的，先比较优先级在比较MAC地址；（优先级值和MAC值越小越优） 路径开销（path cost）：STP中每一条链路都有开销值，用于衡量桥与桥之间的优劣； 指定桥（designate bridge）：负责一个物理端上数据转发任务的桥，由物理端上优先级最高的桥担任。、 端口角色：
根端口（root port）：是指网桥距离根桥最近的端口。 根桥没有根端口，每一个非根桥有且只有一个根端口； 指定端口（designate port）：是指物理端上属于指定桥的端口。根桥是所有网桥中优先级最高的，它是其所连接 所有物理端上的指定桥，所以通常情况下根桥的所有端口 都是指定端口； 阻塞端口（alternate port）：既不是根端口又不是指定端口，剩下的就是阻塞端口，它是用来为根端口或指定端 口做备份。是网桥到达根桥的备份路径； 注：当拓扑发生变化时，节点重新计算，收敛成新的树型拓扑；STP使用BPDU（bridge protocol data unit，桥数据单元）来交互信息； 配置BPDU：用来进行生成树计算和维护生成树拓扑的报文； TCN BPDU：当拓扑结构发生变化时，用来通知相关设备网络拓扑发生变化的拓扑； 端口状态： Disabled：未启用STP功能的端口：不接收BPDU，不进行地址学习，不收发数据； Blocking：非指定端口或根端口：不接收BPDU，不进行地址学习，不收发数据； Listening:接收BPDU，不进行地址学习，不收发数据； Learning：接收BPDU，进行地址学习，不收发数据；
Cisco基础：STP协议原理及配置 【内容摘要】一、stp概述stp（生成树协议）是一个二层管理协议。在一个扩展的局域网中参与stp的所有交换机之间通过交换桥协议数据单元bpdu（bridgeprotocoldataunit）来实现；为稳定的生成树拓扑结构选择一个根桥；为每个交换网段选择一台指定交换机；将冗余路径上的交换机置为blocking，来消除网络中的环路。ieee802.1d是最早关于stp的标准，它提供了网络的动态冗余切换机制。stp使您能…… ----------------------------------------------------------------------------- 一、stp概述 stp（生成树协议）是一个二层管理协议。在一个扩展的局域网中参与stp的所有交换机之间通过交换桥协议数据单元bpdu（bridge protocol data unit）来实现；为稳定的生成树拓扑结构选择一个根桥；为每个交换网段选择一台指定交换机；将冗余路径上的交换机置为blocking，来消除网络中的环路。 ieee 802.1d是最早关于stp的标准，它提供了网络的动态冗余切换机制。stp使您能在网络设计中部署备份线路，并且保证： * 在主线路正常工作时，备份线路是关闭的。 * 当主线路出现故障时自动使能备份线路，切换数据流。 rstp（rapid spanning tree protocol）是stp的扩展，其主要特点是增加了端口状态快速切换的机制，能够实现网络拓扑的快速转换。 1.1 设置stp模式 使用命令config spanning-tree mode可以设置stp模式为802.1d stp或者802.1w rstp. 1.2 配置stp 交换机中默认存在一个default stp域。多域stp是扩展的802.1d，它允许在同一台交换设备上同时存在多个stp域，各个stp域都按照802.1d运行，各域之间互不影响。它提供了一种能够更为灵活和稳定网络环境，基本实现在vlan中计算生成树。 1.2.1 创建或删除stp 利用命令create stpd和delete stpd可以创建或删除stp. 缺省的default stp域不能手工创建和删除。 1.2.2 使能或关闭stp 交换机中stp缺省状态是关闭的。利用命令config stpd可以使能或关闭stp. 1.2.3 使能或关闭指定stp的端口 交换机中所有端口默认都是参与stp计算的。使用命令config stpd port可以使能或关闭指定的stp端口。 1.2.4 配置stp的参数 运行某个指定stp的stp协议后，可以根据具体的网络结构调整该stp的一些参数。交换机中可以调整以下的stp协议参数： * bridge priority * hello time * forward delay * max age 另外每个端口上可以调整以下参数： * path cost * port priority
MSTP生成树 MSTP 基本原理 将多个vlan关联（映射）到一个实例（instance），默认已存在实例0（包含所有vlan），通常自定义实例1和2，不同实例的根不相同，可负载均衡，具备RSTP的快速收敛。 通过MSTP把一个交换网络划分成多个域，每个域内形成多棵生成树，生成树之间彼此独立。每棵生成树叫做一个多生成树实例MSTI（Multiple Spanning Tree Instance），每个域叫做一个MST域（MST Region：Multiple Spanning Tree Region）。 MST regions（区域）：以下参数相同的switch就在同一个区域 ①名称：每个域有一个唯一名称； ②修订号：暂保留，默认为0； ③配置摘要：vlan映射表（关联表）。 实现MST：在BID中加入system ID表示实例号并将其加入优先级 域根：域根（Regional Root）分为IST（Internal Spanning Tree）域根和MSTI域根。 主桥：（Master Bridge）也就是IST Master，域内距离总根最近的交换设备。 公共生成树：CST（Common Spanning Tree）连接交换网络内所有MST域的一棵生成树。内部生成树：IST（Internal Spanning Tree）是各MST域内的一棵生成树。 公共和内部生成树：CIST是通过STP或RSTP协议计算生成的，连接一个交换网络内所有交换设备的单生成树。 构成单生成树：SST（Single Spanning Tree）有两种情况： 运行STP或RSTP的交换设备只能属于一个生成树。 MST域中只有一个交换设备，这个交换设备构成单生成树。 端口角色:根端口、指定端口、Alternate端口、Backup端口、边缘端口、Master端口和域边缘端口。 MSTP 基本配置 实验主链路配置为Trunk 并放行所有VLAN，将SWA作为vlan 2 to vlan 10 的主根，SWB 为备份根；SWB作为vlan 11 to 20 的主根，SWA为备份根。 实验参考TOP：
1．选举根桥 拥有最小BID（bridge ID）的交换机将成为根桥（root bridge） SW1为根桥，SW2、SW3、SW4为非根桥 2．选举非根桥的根端口（RP） ①最低花费的端口成为根端口 端口开销： 10Gb/s 2 1Gb/s 4 100Mb/s 19 10Mb/s 100 SW2：G0/1到根桥的开销为4，F0/1到根桥的开销为19+19+19=57，所以G0/1为SW2的根端口 SW3：F0/2到根桥的开销为19，F0/1到根桥的开销为19+19+4=42，所以F0/2为SW3的根端口 SW4：F0/1到根桥的开销为19+19=38，F0/2到根桥的开销为19+4=23，所以F0/2为SW4的根端口 ②在花费相同的情况下，比较发送者的BID（BID小的为根端口） 换机SW4从端口F0/1和端口F0/2都能收到根交换机SW1的BPDU，两边的花费相同，都是38。接下来比较的就是发送者的BID。假设SW2的BID是32768+2222.2222.2222，SW3的BID是32768+3333.3333. 3333，SW2的BID小，则SW4的端口F0/2成为根端口。 ③在发送者BID相同的情况下，比较发送者的PID（Port ID小的为根端口）
SW1是根交换机，SW2的F1/1和F1/2到根交换机的花费相同，都是19，发送者的BID也相同（都是交换机SW1的BID）。接下来比较的是发送者的PID。PID=端口优先级+端口号，端口优先级占用一个字节，默认是128，端口号在同一个模块上是顺序增加的，起始端口号和交换机的型号以及该模块所在的插槽有关。 可以通过下面的命令更改交换机端口的优先级 比较SW1 F1/1和F1/2的PID，取小的为128.42，SW2上与PID128.42对应的端口为F1/2，所
生成树协议（STP）是干嘛的？我告诉你是生成树的！没错，你听到这个答案瞬间懵逼了！ 实际工程中我们必须考虑的一个问题是链路和设备的冗余问题，就是下图sw1去sw2有两条路，如果我们只有一条路网络就存在风险，万一这唯一的一条路断掉怎么办？所以我们要做多条冗余链路，以确保网络的稳定和可靠！ 但是问题来了，冗余链路多了会产生环路，如下图。环路会造成网络二的广播风暴，单播帧复制和MAC地址表不稳定！ 哇！这么多问题咋解决呢！那就是今天的生成树协议帮我们解决环路问题，把环路去掉，生成树状的拓扑就可以了！所以啥是生成树，就是把环路去掉成为树状的策略就是生成树。 生成树类型有：STP、RSTP、MSTP，（思科的私有PVST） STP工作原理：（可以先把口诀记住） 1.选举一个根桥。
2.每个非根交换机选举一个根端口。 3.每个网段选举一个指定端口。 4.阻塞非根、非指定端口。 这些概念没基础的更是懵！！！说简单点就是这个环怎么变成树的！既然要去环变树，交换机之间要沟通，沟通就要数据报文交换信息，这个报文就是BPDU(Bridge Protocol Data Unit，网桥协议数据单元）报文，你就认为他是个传话的。注意这个传话的比较勤快，每2S发送一次报文。（又称hello时间）。 1.选举一个根桥。 第一步：先找一个树根，这个树根我们叫根交换机（由于历史遗留问题，交换机的前身是网桥），所以也叫根桥。 其实链路开启后，所有的交换机都认为自己是老大（根），咋办呢？肯定要比较比如谁的力气大，谁的个子高等。交换机比较啥呢，比较网桥的ID（bridge id）。桥ID由16位的桥优先级（Bridge Priority）和48位的MAC地址构成。在STP网络中，桥优先级是可以配置的，取值范围是0～65535，默认值为32768。优先级最高的设备（桥ID最小）会被选举为根桥。如果优先级相同，则会比较MAC地址，MAC地址越小则越优先。
生成树协议（STP）原理 在许多交换机或交换机设备组成的网络环境中，通常都使用一些备份连接，以提高网络的健全性、稳定性。备份连接也叫备份链路、冗余链路等。 备份链路使网络存在环路,环路问题是备份链路所面临的最为严重的问题，环路问题将会导致: 广播风暴 多帧复制 MAC地址表的不稳定 在局域网通信中，为了能确保网络连接可靠性和稳定性，常常需要网络提供冗余链路。当一条通信信道遇到堵塞或者不畅通时，就启用备份链路。 为了解决冗余链路引起的问题，IEEE通过了IEEE 802.1d协议，即生成树协议 生成树协议的发展过程划分成三代。 第一代生成树协议：STP/RSTP 第二代生成树协议：PVST/PVST+ 第三代生成树协议：MISTP/MSTP 一、STP工作原理 术语： Bridge ID：每个交换机唯一的桥ID，由桥优先级和Mac地址组合而成（优先级+MAC地址）；Root path cost：交换机到根交换机的路径花费，以下简称根路径花费； Port ID：每个端口ID，由端口优先级和端口号组合而成； BPDU：交换机之间通过交换BPDU（Bridge Protocol Data Units，交换机协议数据单元）帧来获得建立最佳树形拓扑结构所需要的信息。 STP将一个环形网络生成无环拓朴的步骤： 选择根网桥（Root Bridge） 选择根端口（Root Ports） 选择指定端口（Designated Ports） 1、选择根网桥 网桥ID是唯一的，交换机之间选择BID值最小的交换机作为网络中的根网桥 选择根网桥的目的是为了给将生成的树形结构确定一个树根 2、选择根端口 在非根网桥上选择一个到根网桥最近的端口作为根端口 选择根端口的依据是： 根路径成本最低（是网桥到根网桥的路径上所有链路的成本之和）； 直连的网桥ID最小； 端口ID最小； 路径成本根据链路带宽的高低规定： 链路带宽（Mb/s）路径成本 10 100
使用STP ( Spanning Tree Protocol) 协议能使网络内部避免因形成环路而产生的广播风暴,
使网络能根据环境变化而作出自适应的调整, 以避免连接失败等故障, 从而增强网络的健 壮性. 在快速以太网交换机的软件功能模块中, STP协议模块是一个不可或缺的重要组成部分. STP算法是在桥接器(依据IEEE Std 802. 1D, 泛指工作在MAC 层的网络设备, 如交换机等) 连接的网络设备间配置一个动态拓扑结构. 数据包将只能通过桥接器设定的端口, 其他端口将被阻塞掉. 在任何时候, 桥接器都能使这些处于传输状态的端口在局域网内部保持最有效的连接. STP算法的内容是在局域网内部配置一个动态拓扑图, 即生成一个单一的生成树的拓扑结构, 该结构使局域网内部不同的子网间至多只保持一条通信链路, 从而避免数据环路的产生. 同时, STP算法还要定时监测拓扑结构, 如果原有的通信链路因意外中断, 该算法将自动重新配置生成树的拓扑结构, 将阻塞的链路中的一条激活, 维持子网间通信的畅通. 整个STP算法的内容包括: 配置动态拓扑结构、发布拓扑信息、重新配置拓扑结构、改变端口状态、发布拓扑改变的通知等. 2. 2STP算法及功能的实现 STP功能实现的具体步骤如下: A. 建立并维护一个网络动态拓扑结构. STP根据LAN 内各个网络设备的连接状况建立一个网络动态拓扑结构. 该结构建立后, 数据包只通过指定桥接器的指定端口进行传输, 其他的端口将被自动阻塞掉. 被阻塞的端口将不接收和转发一般的数据包, 但仍然可以接受和转发BPDU包, 属于拓扑结构之内. 建立一个稳定的拓扑结构将由个桥接器的标识符、每个桥接器各个端口所对应通路的路径值、每个桥接
生成树（spanning tree）的理解 1. 冗余网桥连接。 用网桥（或交换机，后代称二层设备）连接两个（这里简化，只讨论 两个。多个等同）网段，可分割碰撞，提高媒介使用率。同时，我们 希望用两个或更多的网桥连接两个网段，以做到当某个网桥发生故障 时，网络连接不致中断，那就用下图的方法： ..|-----------Port 1--Bridge1--Port 2-------------| A.|Segment1---Port 1--Bridge2--Port 2-------------| B.Segment2 主机A属于Segment1，主机B属于Segment2, 两个Segment之间用两个 网桥Bridge1和Bridge2连接。 2. 冗余网桥带来的问题。 如果Bridge1和Bridge2都工作，那就会出现这样的问题了。 假设所有设备的ARP表都是空的。 1) A向B发数据，发出一个ARP请求。 2) Bridge1的Port1收到了这个ARP请求，一看ARP列表，是空的， 于是记录下A在Segment1，并将该数据包转发到Segment2上。 3) 假设Bridge2稍慢些收到了A的ARP请求，一看ARP列表，也是 空的，于是记录下A在Segment1，并将该数据包转发到Segment2上。 4) 被Bridge1转发到Segment2上的数据包被Bridge2的Port2看到了， 由于数据包上的源MAC是A的，又是在Segment2上被发现的，所以 对照旧的ARP列表（上面写的A在Segment1上），Bridge2认为， A已经被转移到了Segment2上，于是更新ARP表，标记A在Segment2 上，并将该数据包转发到Port1，也就是Segment1上。 5) 稍晚一些，在第3步被Bridge2转发到Segment2上的数据包被 Bridge1的Port2收到了，它也做了如第4步Bridge2所做的判断， 于是，Bridge1也将A的MAC记录到Segment2上，并将数据包向Port1 的Segment1上转发。 6) 好，数据包到了Segment1，又做相同运动，回到Segment2， 于是两个网桥什么也不做，就只转发这个包，并不断地更新自己的 ARP表，网络瘫痪。 3. 解决方法。 冗余网桥要做到冗余备份，看样子简单的乘二是不行的了。刚才广播 风暴的形成，主要原因是网桥的ARP更新机制，但这是网桥的根本， 是不能改的，所以，我们希望两个网桥中，只有一个是工作的（Active）， 而备份的网桥不参与数据包转发（Forwarding），就可以避免循环了。 Spanning Tree的引入 4. Spanning Tree是数学概念，指任意两点有且只有一条路径连接。 就好象树，从根，到干，到枝，到叶，任意两片树叶见只有一条路。 那么在Spanning Tree Protocol中，首先引入了根（Root）这个概念， 和树根一样，它是整个网络拓扑（二层拓扑）的起点。 5. Spanning Tree的构想。 如果把图一中的Bridge2能自动定成热备份，不参与数据包转发，但 有监视Bridge1的工作状况，当Bridge1故障时，能自动代替它的工作， 那就能起到我们最初的目的了。 Spanning Tree的工作原理 7. 网络拓扑如下： |---B3----|---B1---|---B5---| |---B4----|---B2---|---B6---| Seg2----Seg1------Seg3-----Seg4 用B1, B2连接Seg1和Seg3, 用B3, B4连接Seg1和Seg2， 用B5, B6连接Seg3和Seg4. 每个B的左边端口叫Port1， 右边的叫Port2。 8. 设计。