生成树实验

生成树实验一、为什么会产生生成树协议，他解决了什么问题概念及背景知识：1.1MAC地址介绍：单播MAC地址：第一个字节最低位为0，如3C-6A-A7-1A-2E-2B多播MAC地址：第一个字节最低位为1，如01-80-c2-00-00-00广播MAC地址：48位全部为1，如FF-FF-FF-FF-FF-FF1.2 二层转发介绍交换机二层的转发特性，符合802.1D网桥协议标准。

交换机的二层转发涉及到两个关键的线程：地址学习线程和报文转发线程地址学习线程如下：A)交换机接收网段上的所有数据帧，利用接收数据帧中的源MAC地址来建立MAC地址表；B)端口移动机制：交换机如果发现一个包文的入端口和报文中源MAC地址的所在端口（在交换机的MAC地址表中对应的端口）不同，就产生端口移动，将MAC地址重新学习到新的端口C)地址老化机制：如果交换机在很长一段时间之内没有收到某台主机发出的报文，在该主机对应的MAC地址就会被删除，等下次报文来的时候会重新学习。

转发线程如下：A)交换机在MAC地址表中查找数据帧中的MAC地址，如果找到，就将该数据帧发送到相应的端口，如果找不到就向所有的端口发送；B)如果交换机收到的报文中源MAC地址和目的MAC地址所在的端口相同，则丢弃该报文C)交换机向入端口以外的其它所有端口转发广播报文1.3 VLAN二层转发介绍报文转发线程：A)交换机在MAC地址表中查找数据帧中的目的MAC地址，如果找到（同时还要确保报文的入VLAN和出VLAN是一致的），就将该数据帧发送到相应的端口，如果找不到，就向（VLAN 内）所有的端口发送；B)如果交换机收到的报文中源MAC地址和目的MAC地址所在的端口相同，则丢弃该报文；C)交换机（VLAN内）入端口以外的其它所有端口转发广播报文。

1.4加入VLAN的好处：A)限制了局部的网络流量，在一定程度上可以提高整个网络的处理能力B)虚拟的工作组，通过灵活的VLAN设置，把不同的用户划分到工作组内；C)安全性，一个VLAN内的用户和其它VLAN内的用户不能互访，提高了安全性。

1.5VLAN的透传和终结A)VLAN透传IEEE802.1Q协议主要是修改了标准的帧头，添加了一个TAG字段，其中包含了VLAN ID等VLAN信息。

B)VLAN终结PVLAN技术能实现此功能，同时增加可活动的VLAN数目。

1.6 环路的起因在二层网络中为了链路或者设备的冗余性而增加的链路，再有交换机的运行原理即从一个口学到的MAC地址会向除自己的其他所有其他的接口广播。

两者同时作用产生了致命的环路问题，此问题的具体表现如下：1. 形成广播风暴：数据报在环路在不断的被广播转发形成广播风暴。

2. 多重复帧复制：交换机在接受到不确定单播帧时，将执行泛洪操作，这意味着，在环路中一个单播帧在传输中被复制为多个复本。

3. MAC地址表不稳定：如果交换机在不同的端口收到同一个帧，它的MAC数据库将会变得不稳定。

二、什么是生成树协议STP概念：1. MSTI：MST的实例，每棵生成树的实例就是一个独立的生成树的拓扑；2. IST：内部生成树的实例，是MST交换机上默认存在的生成树实例，这是一个特殊的MST 实例，实例ID为0，所有的VLAN默认都映射到IST实例。

3. CST：公共生成树，MST实例仅出现在每个区域内，并不出现在区域间，如果把每个区域看作是一台大交换机，则连接这些交换机的生成树称为CST4. CIST：区域内IST以及区域间CST连接在一起构成的生成树就是CIST（common internal spanning tree）。

5. CIST根桥：在整个交换域中，每台交换机上都有实例0，其中网桥ID最小的那台交换机就是CIST树的根桥。

全网就只有一个。

6. master bridge主桥：每个区域各有一个，主桥是每个区域中的IST的根桥7. RegRoot：区域根，每个区域中的MST实例的根桥，是该实例中桥ID最小的那台交换机8.区域根桥：每个区域中每个实例都有各自的区域内根桥。

桥接协议数据单元（BPDU）：使用BPUD将拓扑信息传递给其他运行STP的交换机，并以固定的时间间隔（默认2s）进行更新。

多播目标地址是01-80-c2-00-00-00。

三、生成树协议如何工作：STP端口拓扑变化：1. 阻塞（Blocking）：10s 端口不能参与帧的转发发2. 侦听（Listening）：15s 这是端口自阻塞状态后的第一个过渡状态。

STP认为这种状态的二层LAN端口应当参与帧的转发3. 学习（Learning）：15s 处于准备参与帧转发状态4.转发（Forwarding）：端口可以正式转发帧了5. 禁止（Disabled）：端口不参与STP，不转发帧。

生成树使用BPDU(桥协议数据单元)进行工作，BPDU有两种类型：A)配置BPDU，周期性发出，包含STP参数。

B)TCN（TopologyChange Notification）拓扑变更通告，当交换机检测到拓扑变更时产生。

BPDU的功能：1.选举根网桥。

2.确定冗余路径的位置。

3.通过阻塞特定端口来避免环路。

4.通告网络的拓扑变更。

5.监控生成树的状态。

１．选择根桥RB在网路中需要选择一台根交换机RB，选择RB就需要交换机们自己选择，需要交换机们通信，这些信息被称为BPDU（桥协议数据单元），每2秒发送一次，BPDU中包含的信息较多，但是RB的选择只比较BID（桥ID），BID最小的就是根交换机。

BID=桥优先级+桥MAC地址。

先比较桥优先级，然后再比较桥MAC地址的优先级，一般来说，桥优先级都是一样的，都是32768，所以一般只比较桥MAC地址，MAC地址最小（也就是BID最小）的作为RB。

例如：SW1：Default优先级32768 MAC 4c1f-cc6d-0491SW2：Default优先级32768 MAC 4c1f-cca9-1641SW2：Default优先级32768 MAC 4c1f-cc54-7204很明显，在优先级相等的情况下，MAC地址SW3的小，所以SW3为根交换机。

２．选择根端口ＲＰ（要从离根桥最近的端口选）对于每台非根桥，要选择一个端口用来连接到根桥，这就是根端口注意：根端口只能在非根桥上选取的。

当非根桥有多个端口可以连接到根桥时，应该选择性能比较好的端口作为根端口，选择的依据是：首先比较开销Q，其次比较PID（端口ID）３．选择指定端口ＤＰ（Designated Port）在每一个交换机之间的链路上选择一个端口，作为指定端口。

由于Q相同，需要比较BID（指定端口ID）.４．RP(Root Port)、DP设置转发状态，其他端口设为阻塞状态选出来的RP和DP将设为转发状态，既不是根端口也不是指定端口的其他端口将被Block！通过上述四部走，就可以形成无环路的网络。

STP拓扑变更TCN消息的三种情况：∙对于处于转发和监听状态的接口，过渡到Block状态（链路故障的情况）∙端口进入转发状态，并且网桥已经拥有指定端口∙非根桥在它的指定端口收到TCN四、在交换机上验证生成树协议<LSW3>diS stp-------[CIST Global Info][Mode MSTP]-------CIST Bridge :32768.4c1f-cc54-7204 /common internal spanning tree Bridge本网桥ID Config Times :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20Active Times :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20CIST Root/ERPC :32768.4c1f-cc54-7204 / 0 根桥ID/External root path costCIST RegRoot/IRPC :32768.4c1f-cc54-7204 / 0 域regional 根id/五、生成树的安全保护机制1、stp root-protection为保护根网桥的稳定性，即便有优先级更低的LSW4加入进来，将LSW3的G0/0/5设为DISCARDING状态，而不允许其成为加入网络。

此时PC5是不能访问其他PC的。

要改变这一状态，必须将LSW4的优先级升高至8192 即解决问题。

2、bpdu protection边缘端口直接和用户终端相连，正常情况下，边缘端口不会收到BPDU报文。

stp bpdu-protection //全局开启stp bpdu防护功能，边缘端口会自动使能BPDU防护功能stp edged-port enable //开启边缘端口特性交换机会提示如下：Jul 22 2019 21:07:03-08:00 LSW3 %%01MSTP/4/BPDU_PROTECTION(l)[9]:This edged-portGigabitEthernet0/0/5 that enabled BPDU-Protection will be shutdown, because itreceived BPDU packet!3、 bpdu filterstp bpdu-protection //全局开启stp bpdu防护功能，边缘端口会自动使能BPDU防护功能在网络边缘设备上接口上配置stp bpdu-filter enable，使边缘端口不处理、不发送BPDU报文，该端口即为BPDU filter端口。

该端口将无法成功与对端设备直连端口协商STP协议状态，请用户慎用，建议只在边缘端口上配置该命令。

等于拓扑中的LSW4只能自己选自己为根桥了。

CIST Bridge :8192 .4c1f-cc85-2a78Config Times :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20Active Times :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20CIST Root/ERPC :8192 .4c1f-cc85-2a78 / 0CIST RegRoot/IRPC :8192 .4c1f-cc85-2a78 / 0<Huawei>dis stp briefMSTID Port Role STP State Protection0 GigabitEthernet0/0/1 DESI FORWARDING NONE0 GigabitEthernet0/0/2 DESI FORWARDING NONE----[Port5(GigabitEthernet0/0/5)][FORWARDING]----Port Protocol :EnabledPort Role :Designated PortPort Priority :128Port Cost(Dot1T ) :Config=auto / Active=20000Designated Bridge/Port :32768.4c1f-cc54-7204 / 128.5Port Edged :Config=disabled / Active=disabledPoint-to-point :Config=auto / Active=trueTransit Limit :147 packets/hello-timeProtection Type :NonePort STP Mode :MSTPPort Protocol Type :Config=auto / Active=dot1sBPDU Encapsulation :Config=stp / Active=stpPortTimes :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s RemHop 20TC or TCN send :0TC or TCN received :0BPDU Sent :0TCN: 0, Config: 0, RST: 0, MST: 0BPDU Received :0TCN: 0, Config: 0, RST: 0, MST: 04、 loop protection在运行RSTP协议的网络中，根端口和其他阻塞端口状态是依靠不断接收来自上游交换设备的BPDU维持。