STP生成树基础，一个难点

技术背景：二层交换机网络的冗余性与环路
二层环路带来的问题（三层环路，ttl跳数达到一定次数会丢弃）
典型问题
1：广播风暴不停的在接口内复制转发广播
在这里插入图片描述
2：MAC地址漂移
sw1接口1与2，对sw3的接收mac会根据环路状态不断调整，是从接口1来的mac或者是从接口2来的mac

解决环路问题
初识生成树协议
在网络中部署生成树后，交换机之间会进行生成树协议报文的交互并进行无环拓扑计算，最终将网络中的某个（或某些）接口进行阻塞（Block），从而打破环路
在这里插入图片描述
交换机上运行的生成树协议会持续监控网络的拓扑接口，当网络拓扑结构发生变化时，生成树能感知到这些变化，并且自动做出调整。
因此，生成树既能解决二层环路问题，也能为网络的冗余性提供一种方案。

三层环路（Layer 3 Loop）

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常见原因：路由环路；
动态路由协议有一定的防环能力；
IP报文头部中的TTL字段可用于防止报文被无止尽地转发。

二层环路（Layer 2 Loop）

在这里插入图片描述
常见原因：网络中部署了二层冗余环境，或人为的误接线缆导致；
需借助特定的协议或机制实现二层防环；
二层帧头中并没有任何信息可用于防止数据帧被无止尽地转发。

生成树协议在园区网络中的应用位置
在这里插入图片描述
STP的基本概念：桥ID
桥ID（Bridge ID，BID）
IEEE 802.1D标准中规定BID由16位桥优先级（Bridge Priority）与桥MAC地址构成
每一台运行STP的交换机都有一个唯一的BID。
BID桥优先级占据高16bit，其余的低48bit是桥的MAC地址。
在STP网络中，BID最小的设备会被选举为根桥。
Bridge （网桥），最早网桥是起着交换机功能，现在网桥功能被交换机整合，Bridge延申下来，代指交换机。

步骤：
1、选出根桥，每个交换机运行了STP，有一个桥ID，最小的ID为根桥
2、选出根端口，每个非根桥上选取一个根端口，收到bpdu最优的端口
3、选出指定端口，一个接口，发的bpdu，比收到的bpdu，更优，是指定端口（DP）
4、阻塞其它端口，非指定端口就会被阻塞

esnp实验
在这里插入图片描述

进入lsw1
[Huawei]display stp
-------[CIST Global Info][Mode MSTP]-------
CIST Bridge         :32768.4c1f-ccbf-60d7
Config Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
Active Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
CIST Root/ERPC      :32768.4c1f-cc2c-33c5 / 20000
CIST RegRoot/IRPC   :32768.4c1f-ccbf-60d7 / 0
CIST RootPortId     :128.2
BPDU-Protection     :Disabled

简单的看一下前几行信息
CIST Bridge ：桥ID 32768.4c1f-ccbf-60d7
可以通过display interface vlan 1命令验证MAC信息对不对

[Huawei]dis inter vlan 1
Vlanif1 current state : UP
Line protocol current state : DOWN
Description:
Route Port,The Maximum Transmit Unit is 1500
Internet protocol processing : disabled
IP Sending Frames' Format is PKTFMT_ETHNT_2, Hardware address is 4c1f-ccbf-60d7
Current system time: 2023-01-08 16:44:38-08:00
    Input bandwidth utilization  : --
    Output bandwidth utilization : --

CIST Root/ERPC ：根桥信息 32768.4c1f-cc2c-33c5 / 20000
32768这个数字是选取要求：4096的倍数，桥优先级
后面是根桥的mac地址，桥id（BID）最小的选举为根桥
可以通过设置前面的桥优先级数字项小来设置根桥
设置桥优先级命令：（待补充）

华为交换机默认是开启STP功能的

开销（Cost）
（这里的cost与其他表的cost单独，计算方式与路由下一条cost无关，与vlan的cost也不一样，STP独立的cost）

每一个激活了STP的接口都维护着一个Cost值，接口的Cost主要用于计算根路径开销，也就是到达根的开销。
接口的缺省Cost除了与其速率、工作模式有关，还与交换机使用的STP Cost计算方法有关。
接口带宽越大，则Cost值越小。
用户也可以根据需要通过命令调整接口的Cost。

对应关系表：
在这里插入图片描述
接口Cost是已经激活了STP的接口所维护的一个开销值，与接口的速率有关联，并且设备使用不同的算法时，相同的接口速率对应不同的Cost值

思科老设备用IEEE 802.1d-1998标准
锐捷用IEEE 802.1t标准
可以通过设备设置项设置同一个标准，同步不同厂家的设备，使其通信正常。

根路径开销（Root Path Cost）（有点绕口）

在STP的拓扑计算过程中，一个非常重要的环节就是“丈量”交换机某个接口到根桥的“成本”，也即RPC。
一台设备从某个接口到达根桥的RPC等于从根桥到该设备沿途所有入方向接口的Cost累加。

接口ID（Port ID，PID）

运行STP的交换机使用接口ID来标识每个接口，接口ID主要用于在特定场景下选举指定接口。
接口ID由两部分构成的，高4bit是接口优先级，低12bit是接口编号。
激活STP的接口会维护一个缺省的接口优先级，在华为交换机上，该值为128.用户可以根据实际需要，通过命令修改该优先级。（16的倍数）

BPDU（Bridge Protocol Data Unit，网桥协议数据单元）

BPDU是STP能够正常工作的根本。BPDU是STP的协议报文
STP交换机之间会交互BPDU报文，这些BPDU报文携带着一些重要信息，正是基于这些信息，STP才能够顺利工作。
BPDU分为两种类型：
- 配置BPDU（Configuration BPDU），桥主动发送
- TCN BPDU（Topology Change Notification BPDU），非根桥有故障触发
配置BPDU是STP进行拓扑计算的关键；TCN BPDU只在网络拓扑发生变更时才会被触发。

配置BPDU的报文格式

PID	PVI	BPDU Type	Flags	Root ID	RPC	Bridge ID	Port ID	Message Age	Max Age	Hello Time	Forward Delay
2	1	1	1	8	4	8	2	2	2	2	2

PID：协议ID，对于STP而言，该字段的值总为0
PVI：协议版本ID，对于STP而言，该字段的值总为0
BPDU Type：指示BPDU的类型，若值为0x00，则表示本报文为配置BPDU；若值为0x80，则为TCN BPDU
Flags：标志，STP只使用了该字段的最高及最低两个比特位，最低位是TC（Topology Change，拓扑变更）标志最高位是TCA（Topology Change Acknowledgment，拓扑变更确认）标志
Root ID：根网桥的桥ID
RPC：根路径开销，到达根桥的STP Cost
Bridege ID：BPDU发送桥的ID
Port ID：BPDU发送网桥的接口ID（优先级+接口号）
Message Age：消息寿命，从根网桥发出BPDU之后的秒数，每经过一个网桥都减1，所以它本质是到达根桥的跳数
Max Age：最大寿命，每一段时间未收到任何BPDU，生存期到达最大寿命时，网桥认为为该接口连接的链路发生故障。默认20s
Hello Time：根网桥连续发送的BPDU之间的时间间隔，默认2s
Forward Delay：抓发延迟，在侦听和学习状态所停留的时间间隔，默认15s，阻塞到转发需要30s转发延迟

配置BPDU的比较原则
STP按照如下顺序选择最优的配置BPDU：

最小的根桥ID
最小的RPC（根路径费用）
最小的网桥ID（会发送路径网桥id到根桥）
最小的接口ID

查看交换机STP摘要信息
display stp brief

[Huawei]dis stp brief
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    GigabitEthernet0/0/1        ALTE  DISCARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/2        ROOT  FORWARDING      NONE

STP的接口状态

状态名称	状态描述
禁用（Disable）	该接口不能收发BPDU，也不能收发业务数据帧，例如接口为down
阻塞（Blocking）	该接口被STP阻塞。处于阻塞状态的接口不能发送BPDU，但是会持续侦听BPDU，而且不能收发业务数据帧，也不会进行MAC地址学习
侦听（Listening）	当接口处于该状态时，表明STP初步认定该接口为根接口或指定接口，但接口依然处于STP计算的过程中，此时接口可以收发BPDU，但是不能收发业务数据帧，也不会进行MAC地址学习，15s
学习（Learning）	当接口处于该状态时，会侦听业务数据帧（但是不能转发业务数据帧），并且在收到业务数据帧后进行MAC地址学习，15s
转发（Forwarding）	处于该状态的接口可以正常地收发业务数据帧，也会进行BPDU处理。接口的角色需要是根接口或指定接口才能进入转发状态

MAC地址表的老化时间是300s

STP的基础配置命令
1、配置生成树工作模式
stp mode{stp|rstp|mstp}
交换机支持STP、RSTP、MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol）三种生成树工作模式，默认情况工作在MSTP模式。
2、（可选）配置根桥
stp root primary
配置当前设备为根桥。缺省情况下，交换机不作为任何生成树的根桥。配置后该设备优先级数值自动为0，并且不能更改设备优先级。
3、（可选）备份根桥
stp root secondary
配置当前交换机为备份根桥。缺省情况下，交换机不作为任何生成树的备份根桥。配置后该设备优先级数值为4096，并且不能更改设备的优先级。
4、配置交换机的STP优先级
stp priority priority
缺省情况下，交换机的优先级取值是32768
5、配置接口路径开销
stp pathcost-standard{dot1d-1998|dot1t|legacy}
配置接口路径开销计算方法。缺省情况下，路径开销值的计算方法为IEEE 802.1t（dot1t）标准方法。
同一网络内所有交换机的接口路径开销应使用相同的计算方法。
6、stp cost cost
设置当前接口的路径开销值。
7、配置接口优先级
stp priority priority
配置接口的优先级。缺省情况下，交换机接口的优先级取值是128.
8、启用STP/RSTP/MSTP
stp enable
是能交换机的STP/RSTP/MSTP功能。缺省情况下，设备的STP/RSTP/MSTP功能处于启用状态。

RSTP对STP的改进
RSTP的接口角色共有4种：根接口、指定接口、预备接口和备份接口
端口状态不同

RSTP的状态规范把原来的5种状态缩减为3中。
- 如果不转发用户流量也不学习MAC地址，那么接口状态就是Discarding状态。
- 如果不转发用户流量但是学习MAC地址，那么接口状态就是Learning状态。
- 如果既能转发用户流量又学习MAC地址，那么接口状态就是Forwarding状态。

STP接口状态	RSTP接口状态	接口在拓扑中的角色
Forwarding	Forwarding	包括根接口、指定接口
Learning	Learning	包括根接口、指定接口
Listening	Discarding	包括根接口、指定接口
Blocking	Discarding	包括根接口、指定接口
Disabled	Discarding	包括根接口、指定接口

进阶课程以后会学前情预告
STP/RSTP的缺陷：所有的VLAN共享一颗生成树

RSTP在STP基础上进行了改进，实现了网络拓扑快速收敛。
但RSTP和STP还存在同一个缺陷：由于局域网内所有的VLAN共享一颗生成树，因此无法在VLAN间实现数据流量的负载均衡，链路被阻塞后将不承载任何流量，还有可能造成部分VLAN的报文无法转发
解决方式
VBST：基于VLAN的生成树
华为提出VBST（VLAN-Based Spanning Tree）生成树解决方案。该解决方案中，生成树的形成是基于VLAN的，不同VLAN间可形成相互独立的生成树，不同VLAN内的流量沿着各自的生成树转发，进而可实现流量的负载分担。
MSTP：多生成树
为了弥补STP和RSTP的缺陷，IEEE于2002年发布的802.1s标准定义了MSTP。
MSTP兼容STP和RSTP，既可以快速收敛，又提供了数据转发的多个冗余路径，在数据转发过程中，实现VLAN数据的负载均衡。批量配置VLAN 效率高

堆叠与园区网络树形结构组网形态
Smart Link

感叹，刚看了一个高中生的学习成果，竟然开始分析其中的问题点，感觉好卷好卷，摸摸头发，没掉完继续把，无语泪两行啊