生成树协议配置与分析

news2024/11/15 13:37:35

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一、相关知识

1、生成树协议简介

生成树协议（STP）是一种避免数据链路层逻辑环路的机制，它通过信息交互识别环路并阻塞部分端口，形成无环路的树状网络。在网络故障发生时，STP能迅速检测并更新网络拓扑，利用冗余链路实现网络的高可用性和容错能力。

生成树协议利用网桥协议数据单元（BPDU）报文在交换机间交互信息，封装在以太网帧中传输，以确定网络拓扑。通过选举根网桥，非根网桥选择根端口，网段选择指定端口转发数据，其余端口被阻塞，构建无环路的树形结构。这不仅消除了环路问题，还实现了路径冗余，增强了网络的稳定性和可靠性。

现在常用的生成树协议有：生成树协议（Spanning Tree Protocol，STP）、快速生成树协议（Rapid Spanning Tree Protocol，RSTP）和多生成树协议（Multiple Spanning Tree Protocol，MSTP）；注意，STP和RSTP基于物理以太网构建生成树；MSTP能通过配置多实例在物理网络上为不同的VLAN建立多个独立的生成树，从而为不同的VLAN提供不同的分组转发路径，以实现负载均衡。

2、相关CLI命令

2.1、设置STP的模式

STP有MSTP、RSTP、STP 3种模式。华为交换机支持这三种，默认采用MSTP：

 [Huawei]stp mode ?
   mstp  Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP) mode
   rstp  Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) mode
   stp   Spanning Tree Protocol (STP) mode

2.2、启动STP

华为交换机默认启动STP：

 [Huawei]stp enable

2.3、显示STP状态

 [Huawei]display stp brief

2.4、配置交换机在指定生成树中的优先级

默认下，华为交换机在指定生成树中优先级是32768（值越小，优先级越高）；

 [Huawei]stp priority 4096       # 配置交换机在默认生成树实例中的优先级为4096
 [Huawei]stp instance 1 priority 4096    # 配置交换机在生成树实例1中的优先级为4096

二、建立网络拓扑

三、验证生成树协议的作用

1、测试网络连通性

2、查看STP信息

华为交换机默认启用 MSTP（单实例）；执行“display stp brief”命令查看各交换机的 STP 信息和 STP 接口状态信息：

 # LSW1 的 STP 信息和 STP 接口状态信息:
 [LSW1]display stp brief
  MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
    0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
    0    Ethernet0/0/2               DESI  FORWARDING      NONE
    0    GigabitEthernet0/0/1        DESI  FORWARDING      NONE
    0    GigabitEthernet0/0/2        DESI  FORWARDING      NONE
    
 # LSW2 的 STP 信息和 STP 接口状态信息:
 [LSW2]display stp brief
  MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
    0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
    0    Ethernet0/0/2               DESI  FORWARDING      NONE
    0    GigabitEthernet0/0/1        DESI  FORWARDING      NONE
    0    GigabitEthernet0/0/2        ROOT  FORWARDING      NONE
 
 #LSW3 的 STP 信息和 STP 接口状态信息:
 [LSW3]display stp brief
  MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
    0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
    0    Ethernet0/0/2               DESI  FORWARDING      NONE
    0    GigabitEthernet0/0/1        ROOT  FORWARDING      NONE
    0    GigabitEthernet0/0/2        ALTE  DISCARDING      NONE

3种接口角色：

Root Port（ROOT）：根端口，去往根网桥路径开销最小的端口；可正常转发流量；
Designated Port（DESI）：指定端口，负责转发BPDU报文的端口；根网桥上的端口都是指定端口，可正常转发流量；
Alternate Port（ALTE）：阻塞端口，禁止转发流量的端口

可以发现交换机LSW1被作为根网桥，而交换机LSW3的GE0/0/2接口被阻塞。就得到生成树拓扑，避免了环路；

3、关闭STP导致广播风暴

关闭所有交换机的STP：

 [LSW1]undo stp enable
 [LSW2]undo stp enable
 [LSW3]undo stp enable

测试PC1的ARP缓存，执行ping命令与其他PC的连通性，发现无法连通；

在交换机LSW1的GE0/0/1接口启动抓包，会捕获大量的ARP广播帧和重复的ARP单播帧：

由于停止运行STP后，交换机间产生环路，从而导致广播风暴，交换机无法正常工作；

四、验证单实例生成树对VLAN的作用

恢复启用各交换机的STP：

 [LSW1]stp enable
 [LSW2]stp enable
 [LSW3]stp enable

1、配置VLAN

在交换机LSW1、LSW2和LSW3中创建VLAN 10、VLAN 20和VLAN 30；

 # 进入系统视图步骤省略
 LSW1:
 vlan batch 10 20 30
 int e0/0/1
 port link-type access
 port default vlan 10
 int e0/0/2
 port link-type access
 port default vlan 30
 int g0/0/1
 port link-type access
 port default vlan 10
 int g0/0/2
 port link-type access
 port default vlan 30

对LSW2和LSW3进行类似配置；

2、测试同一VLAN内PC间的连通性

由于MSTP的MST单实例配置模式下多个VLAN共享生成树拓扑，交换机LSW3接口GE0/0/2被阻塞，因此PC3与PC4无法连通；

五、MSTP的多实例配置与验证

在MSTP多实例模式下，若每个实例对应一个VLAN，则可以为每个VLAN生成一个独立的生成树拓扑。配置MST多实例时，同一MST域中，必须具有相同的域名、修订级别和VLAN到MST实例的映射关系

1、配置MST多实例

LSW1:
 stp region-configuration            # 进入 MST 域视图
 region-name Huawei                  # 配置 MST 域名为Huawei
 revision-level 1                    # 配置 MST 修订级别为1，默认为0
 instance 1 vlan 10                  # 指定 VLAN 10 映射到 MST 1
 instance 2 vlan 20                  # 指定 VLAN 20 映射到 MST 2
 instance 3 vlan 30                  # 指定 VLAN 30 映射到 MST 3
 active region-configuration         # 激活 MST 域配置

对交换机LSW2和LSW3做同样配置

2、测试同一VLAN内PC间的连通性

发现PC间均能ping通；执行 display stp brief 查看各交换机的STP信息和STP接口状态信息；可以看到每个 MST 实例都进行独立的生成树计算，在 MST 实例 1、 2、3 的生成树拓扑中，均没有端口被阻塞，因为 VLAN 10、VLAN 20 和 VLAN 30 的拓扑本身就没有环路。