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STP
- 生成树STP(Spanning Tree Protocol)可以在提高可靠性的同时又能避免环路带来的各种问题
- 二层冗余带来的问题：
- 广播风暴
- MAC地址震荡
STP的作用
- 通过阻塞逻辑端口来消除环路，并能够实现链路备份的目的
- 当可用路径发生故障时，STP可以自动激活备份链路，恢复网络的连通性
STP操作
- 选举一个根桥
- 每个非根交换机选举一个根端口
- 每个网段选举一个指定端口
- 阻塞非根、非指定端口
选举根桥
- 根桥是指Bridge-ID最小的交换机(BID最小的的交换机成为根网桥)
- Bridge-ID包括两部分(优先级、MAC地址)
- 修改优先级
stp priority 4096(优先级必须是4096的倍数)
选举根端口
- 根端口指的是非根网桥到达根网桥路径开销最小的接口
- 沿着BPDU的流向(BPDU从根桥流向非根桥)累加入栈接口的开销值
- 接口开销值相同，则比较接口对端所连交换机的BID，BID小的交换机对应的接口为根端口
- 接口开销相同，对端BID相同，比较对端接口的Port-ID(优先级、接口编号)小的为根端口
- 上述所有参数都相同，则比较本地接口的Port-ID，小的为根端口
选举指定端口
-
在一个网段内到达根网桥路径开销最小的接口
-
根网桥上所有接口都是根端口
-
比较接口的根路径开销，根路径开销相同则比较此网段内所连交换机的BID，BID小的交换机的端口为指定端口
-
在两个交换机之间根据路径开销、对端BID、对端PID和本端的PID比较选举指定端口
没有当选根端口和指定端口的端口会被阻塞
端口状态转换
- Disabled：生成树的禁用状态(端口关禁闭)
- Blocking：可以长期稳定的状态(阻塞)
- Listening：不稳定状态，只能收发BPDU，不能转发数据，学习MAC，等待15秒，切换状态
- Learning：不稳定状态，可以学习MAC表，不能转发数据
- Forwarding：稳定状态
BPDU
- 包含桥ID、路径开销、端口ID、计时器等参数
STP拓扑变化
- 根桥故障
- 非根桥会在BPDU老化之后开始根桥的重新选举
- 根桥故障
- 非根桥会在BPDU老化之后开始根桥的重新选举
- 直连链路故障
- 检测到直连链路物理故障后，会将预备端口转换为根端口
- 预备端口会在30s后恢复到转发状态
- 非直连链路故障
- 预备端口恢复到转发状态大约需要50秒
拓扑变更导致MAC地址表变化
- 当交换机检测到网络发生拓扑变化时，交换机会从根端口向外发出TCN BPDU
- 上游交换机收到TCN BPDU后，会以TCA位被置位的BPDU进行应答
- 上游交换机收到TCN BPDU后，会进一步从根端口转发该BPDU ，直到TCN BPDU抵达根网桥
- 根网桥收到TCN BPDU后，会全网泛洪TC位被置位配置BPDU
- 交换机收到TC位被置位的配置BPDU后，触发生成树的重新计算
- 同时收到TC BPDU的端口的MAC地址表老化时间缩短至转发延迟
STP模式
- STP配置：
stp mode stp(华为设备默认工作模式为MSTP) - 配置路径开销值：接口视图下
stp cost 2000
- 传统STP收敛速度慢，至少需要30S
- 根桥直连链路down掉，BP端口换成DP端口并进入转发状态需要大约50S
- 交换机连接终端的链路进入转发需要经过30S
- 机制复杂，效率低下
- 端口角色
- Disabled、Blocking、Listening都不转发用户流量也不学习MAC地址
- Learning不转发用户流量，但是学习MAC地址表
- Forwarding及转发用户流量又学习MAC地址
RSTP优点
端口角色重新划分
- 在STP原有的根端口和指定端口上新定义了新的端口
- Backup Port(BP指定端口的备份)
- Alternate Port(AP根端口的备份)
端口状态重新划分
- 由原来STP的5种状态缩减为3种状态
- STP的Disabled、Blocking、Listening对应RSTP的Discarding状态(不转发用户流量也不学习MAC地址)
- STP的Learning、Forwarding在RSTP中不变
快速收敛机制
P/A机制
- 对指定端口(DP)快速进入转发状态生效
- DP向下游交换机发出P位被置位的BPDU
- 下游交换机接收到P位被置位的BPDU后，首先会执行Sync的操作(交换机会阻塞所有处于转发状态的非边缘端口)
- 然后下游交换机会向上游交换机发送A位被置位的BPDU
- 上游交换机收到A位被置位的BPDU后，立刻将DP口置为转发状态，无需等待定时器到期
根端口快速切换机制
- 当原有的根端口发生故障，且AP口对端连接的DP口处于转发状态，AP口立刻转换为RP口，并进入转发状态
次等BPDU处理机制
- 发生故障的交换机以自己为根桥，向外发送P位被置位的BPDU，对端收到后，会将本地最优的BPDU回给故障交换机
- 发生故障的交换机收到最优的BPDU后，向对端发送A位被置位的BPDU
- 对端收到A位被置位的BPDU后，立刻将AP口转换为DP口，进入转发状态
边缘端口的引入
- 交换机的接口被设置为边缘端口，则改端口不参与生成树的运算，一旦接入，立刻进入转发状态
拓扑变更机制的优化
- 判断拓扑变化唯一标准：一个非边缘端口迁移到Forwarding状态
- 变更点直接产生TC BPDU触发生成树的重新运算，RSTP不再使用TCN BPDU
- TC BPDU会直接删除错误的MAC地址表项，不再将MAC地址表项的老化时间降低为转发延迟，进一步提高收敛速度
BPDU保护
- 边缘端口收到BPDU后，自动将其设置为非边缘端口，重新进行生成树的计算
- BPDU保护边缘端口配置BPDU保护，边缘端口收到BPDU后，交换机立刻关闭该边缘端口
根保护
- 配置了根保护的接口如果收到更优的BPDU，则进入Discarding状态，不再转发该BPDU
- 一段时间内收不到更优的BPDU，则改端口进入转发状态，保护根桥位置
TC-BPDU泛洪保护
- 如果交换机短时间收到大量的TC-BPDU，交换机会频繁的执行MAC地址表的删除操作和生成树的重新运算，给设备增加负担
- 交换机配置了TC-BPDU保护后，交换机只会处理单位时间内人为设置的TC-BPDU的数量，超出部分交换机不处理
RSTP配置
# 系统视图下
stp mode rstp //将交换机的STP类型更改为RSTP
stp root primary //设置为根桥
stp bpdu-protection //开启BPDU保护功能
# 接口视图下
stp edged-port enable //将当前接口设置为边缘端口
stp root-protection //在当前接口开启根保护
stp tc-protection //开启TC-BPDU保护功能
stp tc-protection threshold 5 //设置单位时间内处理TC-BPDU数量的阀值
以上内容均属原创，如有不详或错误，敬请指出。