交换机 STP协议
交换机会有下面的问题
1，单点断开
2，为了防止单点断开，就要做冗余，所以就会产生环路，环路产生后，就会产生广播风暴。
使用，交换机 STP（spanning-tree 生成数）协议 ，可以解决上面的问题。
cisco交换机默认是开启STP功能的。
为了防止环路，在环上选择一个接口，阻塞它。
如何选择阻塞哪个端口呢，根据选举规则。
交换机在广播域发送类似hello包的东西，叫bpdu：bridge protocol data unit
bpdu报文里有bridge id，有优先级，有交换机的mac地址（这个mac地址，不是交换机接口上的mac地址，而是交换机主板上的mac地址）。
交换机的mac地址，实际就是一个，那么每个接口上的mac地址是如何来的呢？
假设交换机主板上的mac地址是ca00.f000.0000，那么接口f0/0的mac地址就是ca00.f000.0001；f0/1接口的mac地址就是ca00.f000.0002，以此类推。
先对比优先级，默认的优先级是32768，范围是0-65535，数字越小越优先
如果优先级相同，再对比主板上的mac地址，mac地址越小越优先。
根据优先级和mac地址，选择出一个最优先的叫root，也叫根桥。
选择出root后，root每2秒发送bpdu，20秒超时。root发送出的bpdu里有root id和bridge id，它们是相同的。
别的交换机接收到了root id后，再向周围的交换机转发，但转发前，把从root过来的bridge id，换成自己的，root id不变。
非root交换机，必须找出一个最优的端口，保持和root联通，这个端口叫根端口。
如何评判是最优的端口呢?根据STA算法，主要看接口的带宽。带宽越宽，越容易成为根接口。
stp操作：
选择出根端口和指定端口后，剩下的端口，就是要作为阻塞端口了，要阻塞它，不能通过它转发流量，完美的解决了交换机的环路问题。
端口角色
-
DP：指定端口
发送bpdu
-
RP：根端口
不发送bpdu，只接受bpdu，能转发流量
-
AP：决定出DP和RP后，剩下的端口，叫非指定端口（阻塞端口）
不发送bpdu，只接受bpdu，不能转发流量
端口状态
- block：初始状态，会过度到listern
- listern：监听bpdu，不能学习mac地址，不能转发数据，停留15秒。任务是确认端口角色。非指定端口（阻塞端口的状态从listern变成block。其他端口进入learn状态。
- learn：可以学习mac地址，不能转发数据。，停留15秒。进入forward状态。
- forward：可以转发数据了。根端口和指定端口就停留在此状态了。
- disable：禁用端口的stp协议功能，不建议使用此状态。有很多办法能解决30秒过慢的问题。
bpdu报文种类：
- Configuration BPDU (CBPDU), used for Spanning Tree computation
- Topology Change Notification (TCN) BPDU, used to announce changes in the network topology
- Topology Change Notification Acknowledgment (TCA)
Linux中只定义了前两种，最后一种是通过TCA flag置1发送config bpdu
环路解决了，那么单点失效的问题怎么解决呢？
当发生单点失效了，就让原来阻塞的端口，不再阻塞，让它转发流量。
但是原来的阻塞接口，即使是不阻塞了，但是交换机是根据mac地址表转发数据的，它没有mac地址表的，还是不能实现转发数据。怎么办？
当检测到某条链路单点失效后，离的最近的交换机的RP端口，会立即转发TCN数据包，一层一层的向上转发，直到根桥接受到了TCN，所以根桥就直到了哪条链路失效了。然后根桥就再发送一个CBPDU数据包，包里面的TC标识位会有值，其他交换机接收到了这个包后，马上让自己所以接口上的mac地址表的老化时间从300秒，变成15秒，15秒后，所有接口的mac地址表都被清空了，再有数据过来后，就泛洪，泛洪几轮后，各个接口就学习到了mac，放到自己的mac地址表，然后网络就又稳定了。
关键点总结：
- 打开阻塞的接口
- 检知到单点失效的交换机从RP接口向上发送TCN报文，一层一层传到根桥
- 根桥再发送一个CBPDU数据包，让TC标识位有值
- 其他交换机发送TC位有值，调整mac地址表的老化时间
以上所说的内容都是STP标准，cisco还有专有的pvst
pvst：per vlan spanning tree。每一个vlan都运行一个生成树。每个vlan里都是标准的STP。
交换机里是有vlan的，标准STP，阻塞接口时，不管这个接口属于哪个vlan，一律阻塞。
pvst就可以精细到，虽然是通过一个接口，可以指定让哪个vlan阻塞，让哪个vlan不阻塞。
实验：验证pvst，谁是根桥，哪个接口被阻塞了。
拓扑图：
1，查看所以vlan的生成树
sw1：
sw1#show spanning-tree
VLAN0001
Spanning tree enabled protocol rstp
Root ID Priority 32769
Address aabb.cc00.0100
This bridge is the root
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Bridge ID Priority 32769 (priority 32768 sys-id-ext 1)
Address aabb.cc00.0100
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Aging Time 300 sec
Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type
------------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Et0/0 Desg FWD 100 128.1 Shr
Et0/1 Desg FWD 100 128.2 Shr
Et0/2 Desg FWD 100 128.3 Shr
Et0/3 Desg FWD 100 128.4 Shr
Et1/0 Desg FWD 100 128.5 Shr
Et1/1 Desg FWD 100 128.6 Shr
Et1/2 Desg FWD 100 128.7 Shr
Et1/3 Desg FWD 100 128.8 Shr
--More--
上面说默认的bridge id是32768，这里为啥是32769呢，由于cisco用的是pvst，所有为了区分是哪个vlan的，在32768的基础上，加 ，vlan号。这时的vlan号是1，所以32768+1=32769。
查看vlan的生成树：show spanning-tree vlan 1
sw2：
sw2#show spanning-tree
VLAN0001
Spanning tree enabled protocol rstp
Root ID Priority 32769
Address aabb.cc00.0100
Cost 100
Port 1 (Ethernet0/0)
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Bridge ID Priority 32769 (priority 32768 sys-id-ext 1)
Address aabb.cc00.0200
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Aging Time 300 sec
Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type
------------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Et0/0 Root FWD 100 128.1 Shr
Et0/1 Desg FWD 100 128.2 Shr
Et0/2 Desg FWD 100 128.3 Shr
Et0/3 Desg FWD 100 128.4 Shr
Et1/0 Desg FWD 100 128.5 Shr
Et1/1 Desg FWD 100 128.6 Shr
Et1/2 Desg FWD 100 128.7 Shr
发送和sw1有下面的区别：
-
Cost 100
自己到根桥的开销。
-
Port 1 (Ethernet0/0)
自己的哪个接口连接着根桥。这个端口一定是最优的，一定会出现在根端口的角色里。
确实它的角色是根端口：
Et0/0 Root FWD 100 128.1 Shr -
mac地址
我的mac地址aabb.cc00.0200，比根桥的mac地址一定要大，根的mac地址是aabb.cc00.0100，所以我在选举的时候没有成为根桥。
sw3：
sw3#show spanning-tree vlan 1
VLAN0001
Spanning tree enabled protocol rstp
Root ID Priority 32769
Address aabb.cc00.0100
Cost 100
Port 1 (Ethernet0/0)
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Bridge ID Priority 32769 (priority 32768 sys-id-ext 1)
Address aabb.cc00.0300
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Aging Time 300 sec
Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type
------------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Et0/0 Root FWD 100 128.1 Shr
Et0/1 Altn BLK 100 128.2 Shr
Et0/2 Desg FWD 100 128.3 Shr
Et0/3 Desg FWD 100 128.4 Shr
Et1/0 Desg FWD 100 128.5 Shr
Et1/1 Desg FWD 100 128.6 Shr
Et1/2 Desg FWD 100 128.7 Shr
发送和sw2有下面的区别：
-
自己的mac地址比sw2还大，是在选举时，最不优先的。
-
自己有个端口是阻塞端口（AP），状态是block。
Et0/1 Altn BLK 100 128.2 Shr
STP的配置点：指定谁是根桥。
指定原则：不能出现在2层网络的接入层。
接入层是啥？看下图。
IOU1和IOU2是接入层，它们不可以是根桥。
实验：人为指定根桥。
拓扑图：
1，手动指定sw3为根桥：
sw3(config)#spanning-tree vlan 1 root ?
primary Configure this switch as primary root for this spanning tree
secondary Configure switch as secondary root
在root后面可以输入primary和secondary。
- primary：主根桥
- secondary：次根桥。当主根桥down后，不用经过选举，次根桥自动变成主根桥。
sw3：成为了根桥。
sw3#show spanning-tree vlan 1
VLAN0001
Spanning tree enabled protocol rstp
Root ID Priority 24577
Address aabb.cc00.0300
This bridge is the root
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Bridge ID Priority 24577 (priority 24576 sys-id-ext 1)
Address aabb.cc00.0300
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Aging Time 300 sec
Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type
------------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Et0/0 Desg FWD 100 128.1 Shr
Et0/1 Desg FWD 100 128.2 Shr
Et0/2 Desg FWD 100 128.3 Shr
Et0/3 Desg FWD 100 128.4 Shr
Et1/0 Desg FWD 100 128.5 Shr
Et1/1 Desg FWD 100 128.6 Shr
Et1/2 Desg FWD 100 128.7 Shr
Et1/3 Desg FWD 100 128.8 Shr
发现
Priority 24577：比默认值小了，所以比sw1和sw2都优先
sw1：没有阻塞接口，mac地址比sw2小。
sw1#show spanning-tree vlan 1
VLAN0001
Spanning tree enabled protocol rstp
Root ID Priority 24577
Address aabb.cc00.0300
Cost 100
Port 2 (Ethernet0/1)
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Bridge ID Priority 32769 (priority 32768 sys-id-ext 1)
Address aabb.cc00.0100
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Aging Time 300 sec
Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type
------------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Et0/0 Desg FWD 100 128.1 Shr
Et0/1 Root FWD 100 128.2 Shr
Et0/2 Desg FWD 100 128.3 Shr
Et0/3 Desg FWD 100 128.4 Shr
Et1/0 Desg FWD 100 128.5 Shr
Et1/1 Desg FWD 100 128.6 Shr
Et1/2 Desg FWD 100 128.7 Shr
sw2：有阻塞接口。
sw2#show spanning-tree vlan 1
VLAN0001
Spanning tree enabled protocol rstp
Root ID Priority 24577
Address aabb.cc00.0300
Cost 100
Port 2 (Ethernet0/1)
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Bridge ID Priority 32769 (priority 32768 sys-id-ext 1)
Address aabb.cc00.0200
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Aging Time 300 sec
Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type
------------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Et0/0 Altn BLK 100 128.1 Shr
Et0/1 Root FWD 100 128.2 Shr
Et0/2 Desg FWD 100 128.3 Shr
Et0/3 Desg FWD 100 128.4 Shr
Et1/0 Desg FWD 100 128.5 Shr
Et1/1 Desg FWD 100 128.6 Shr
Et1/2 Desg FWD 100 128.7 Shr
2，通过指定交换机的优先级，来间接的让谁成为根桥
sw1(config)#spanning-tree vlan 1 priority ?
<0-61440> bridge priority in increments of 4096
优先级必须是4096的整数倍。
sw1(config)#spanning-tree vlan 1 priority 1
% Bridge Priority must be in increments of 4096.
% Allowed values are:
0 4096 8192 12288 16384 20480 24576 28672
32768 36864 40960 45056 49152 53248 57344 61440
sw1(config)#spanning-tree vlan 1 priority 0
当输入的数字不是4096的整数倍，会提示错误，并提供最接近的数字。
sw1:由于sw1的优先级是1，比sw2和sw3都高，所以成为了根桥。
sw1#show spanning-tree vlan 1
VLAN0001
Spanning tree enabled protocol rstp
Root ID Priority 1
Address aabb.cc00.0100
This bridge is the root
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Bridge ID Priority 1 (priority 0 sys-id-ext 1)
Address aabb.cc00.0100
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Aging Time 300 sec
Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type
------------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Et0/0 Desg FWD 100 128.1 Shr
Et0/1 Desg FWD 100 128.2 Shr
Et0/2 Desg FWD 100 128.3 Shr
Et0/3 Desg FWD 100 128.4 Shr
sw2:优先级比sw3小，所以有阻塞接口
sw2#show spanning-tree vlan 1
VLAN0001
Spanning tree enabled protocol rstp
Root ID Priority 1
Address aabb.cc00.0100
Cost 100
Port 1 (Ethernet0/0)
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Bridge ID Priority 32769 (priority 32768 sys-id-ext 1)
Address aabb.cc00.0200
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Aging Time 300 sec
Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type
------------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Et0/0 Root FWD 100 128.1 Shr
Et0/1 Altn BLK 100 128.2 Shr
Et0/2 Desg FWD 100 128.3 Shr
Et0/3 Desg FWD 100 128.4 Shr
sw3:没有阻塞接口。
sw3#show spanning-tree vlan 1
VLAN0001
Spanning tree enabled protocol rstp
Root ID Priority 1
Address aabb.cc00.0100
Cost 100
Port 1 (Ethernet0/0)
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Bridge ID Priority 24577 (priority 24576 sys-id-ext 1)
Address aabb.cc00.0300
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Aging Time 300 sec
Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type
------------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Et0/0 Root FWD 100 128.1 Shr
Et0/1 Desg FWD 100 128.2 Shr
Et0/2 Desg FWD 100 128.3 Shr
Et0/3 Desg FWD 100 128.4 Shr
Et1/0 Desg FWD 100 128.5 Shr
Et1/1 Desg FWD 100 128.6 Shr
Et1/2 Desg FWD 100 128.7 Shr
开启STP功能
sw1(config)#spanning-tree mode ?
mst Multiple spanning tree mode
pvst Per-Vlan spanning tree mode
rapid-pvst Per-Vlan rapid spanning tree mode
