HCIA-10 生成树

目录

• 生成树协议概述
  • 技术背景：二层交换机网络的冗余性与环路
  • 二层环路&三层环路
  • stp概述
• STP的基本概念及工作原理
  • 桥ID
  • 根桥
  • cost
  • RPC
  • PortID
  • BPDU
• STP的基本配置

以太网交换网络中为了进行链路备份，提高网络可靠性，通常会使用冗余链路。但是使用冗余链路会在交换网络上产生环路，引发广播风暴以及MAC地址表不稳定等故障现象，从而导致用户通信质量较差，甚至通信中断。为解决交换网络中的环路问题， 提出了生成树协议STP（Spanning Tree Protocol）。

运行STP协议的设备通过彼此交互信息发现网络中的环路，并有选择的对某个接口进行阻塞，最终将环形网络结构修剪成无环路的树形网络结构，从而防止报文在环形网络中不断循环，避免设备由于重复接收相同的报文造成处理能力下降。

生成树协议概述

技术背景：二层交换机网络的冗余性与环路

缺乏冗余或过度冗余都会形成环路 环路中的BUM帧（广播帧-未知单播帧-组播帧）会引发广播风暴和MAC地址表振荡

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。

生成树能够动态响应网络拓扑变化调整阻塞接口交换机上运行的生成树协议会持续监控网络的拓扑结构，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

二层环路&三层环路

三层环路：
常见根因：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
常见根因：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。

STP工作在接入层 解决二层问题环路

stp概述

STP是一个用于局域网中消除环路的协议。
运行该协议的设备通过彼此交互信息而发现网络中的环路，并对某些接口进行阻塞以消除环路。
STP在网络中运行后会持续监控网络的状态，当网络出现拓扑变更时，STP能够感知并且进行自动响应，从而使得网络状态适应新的拓扑结构，保证网络可靠性。由于局域网规模的不断增长，生成树协议已经成为了当前最重要的局域网协议之一。

STP的基本概念及工作原理

桥ID

桥ID（Bridge ID，BID）
IEEE 802.1D标准中规定BID由16位的桥优先级（Bridge Priority）与桥MAC地址构成。
每一台运行STP的交换机都拥有一个唯一的BID。
BID桥优先级占据高16bit，其余的低48bit是桥MAC地址。
在STP网络中，BID最小的设备会被选举为根桥。

根桥

根桥（Root Bridge）
STP的主要作用之一是在整个交换网络中计算出一棵无环的“树”（STP树）。
根桥是一个STP交换网络中的“树根”。
STP开始工作后，会在交换网络中选举一个根桥，根桥是生 成树进行拓扑计算的重要“参考点”，是STP计算得出的无环拓扑的“树根”。
在STP网络中，桥ID最小的设备会被选举为根桥。在BID的比较过程中，首先比较桥优先级，优先级的值越小，则越优先，拥有最小优先级值的交换机会成为根桥；如果优 先级相等，那么再比较MAC地址，拥有最小MAC地址的交换机会成为根桥

cost

开销（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。

RPC

根路径开销（Root Path Cost）
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。

PortID

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4 bit是接口优先级，低12 bit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。
端口优先级取值范围是0到240，步长为16，即取值必须为16的整数倍

BPDU

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）
TCN BPDU（Topology Change Notification BPDU）
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。

STP的基本配置

1. 配置生成树工作模式
   交换机支持STP、RSTP和MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol）三种生成树工作模式，默认情况工作在MSTP模式。
   [Huawei] stp root primary

2. （可选）配置根桥
   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。
   [Huawei] stp root secondary

3. （可选）备份根桥
   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，
   并且不能更改设备优先级。

4. （可选）配置交换机的STP优先级
   缺省情况下，交换机的优先级取值是32768。
   [Huawei] stp pathcost-standard { dot1d-1998 | dot1t | legacy }

5. （可选）配置接口路径开销
   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。
   [Huawei-GigabitEthernet0/0/1] stp cost cost
   设置当前接口的路径开销值。

6. （可选）配置接口优先级
   [Huawei-intf] 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。
   [Huawei] stp enable

7. 启用STP/RSTP/MSTP
   使能交换机的STP/RSTP/MSTP功能。缺省情况下，设备的STP/RSTP/MSTP功能处于启用状态。