網絡工程師修仙指北---STP（Spanning Tree Protocol）

Hello哇，歡迎來到《網絡工程是修仙指北系列》，今天我們接著上一篇VLAN的內容，繼續為大家介紹網絡交換二層技術中另一個重要的內容---STP

一口小酒??，一首歌??，阿軒帶你修成仙！

上一篇中我們講到，通過VLAN的技術可以實現交換機之間通過一根線纜能夠實現所有VLAN間的通信。

那么大家有沒有想過一個問題，就是如果我這根線纜出現了故障，那是否就意味著我所有的通信就中斷了呢？那么我又沒有什么方法避免呢？

有的人可能就會說了，那可以再接一根線，這樣一根線斷了的話另一根還在。

沒錯，這確實是一個好辦法，但是有沒有想過這樣的一個問題呢：

如圖：

我們說交換機是工作在二層的，他們之間的通信和信息的宣告是通過ARP廣播報文來實現的.

假設現在A和B都是兩個全新的交換機；

那么當交換機剛開機的時候，我們以交換機A為例，首先它看到的是我在0/3接口上對應的一個11的地址，然后我發送廣播，架設從0/1發送，那么B接收，并查看MAC地址表，這個時候發現B上面是沒有MAC地址表的，所有我接收完成后會再發送廣播，這個廣播將從0/1和0/3發送；

這個時候A將從0/2接收到B發送的廣播報文，那A就會產生疑惑，為什么我之前記錄的是11對應的是從0/3過來的，現在變成了0/2？

那這個時候是不是就產生了環路呢？

這其實就是我們所說的二層環路，二層環路是一件很危險的事情的，二層的環路會帶來廣播風暴，大量的廣播風暴會使交換機高負荷工作，輕則設備宕機，嚴重的甚至會造成設備過溫，燒壞硬盤，配置丟失

那么我們有沒有一種技術，既能夠避免二層環路的產生，又能夠支持我接入多條鏈路為主用鏈路做備份呢？

這其實就是STP協議出現的初衷

STP的好處

講到這里，其實我們能夠很清楚的看到，STP的好處就是避免二層網絡出現環路，避免二層網絡中的廣播風暴的產生

STP的工作原理

其實STP的工作原理就是在邏輯上把交換機中的一個端口斷開，防止環路的產生，當主用鏈路故障的時候，會將這個端口自動啟起來，開啟備用鏈路，恢復通信（不要指望能夠很快，這個后面應該會講到---如果沒有喝多的話）

STP的算法

那么STP是如何工作呢？STP的工作大致遵循下面的幾個步驟：

首先STP需要選擇根網橋；

其次選擇根端口；

第三選擇指定端口；

最后將其余端口邏輯down掉。

接下來我們依次來講解每個步驟的工作內容和規則

選擇根網橋

生成樹協議，你就想象成有一棵樹，有樹的話就必須要有根

那么這個根要如何定義呢，主要是遵循以下規則：選擇根網橋ID最小的作為根

那么什么是根網橋ID呢？

網橋ID即BID（Bridge ID），是由網橋優先級+網橋MAC組成的。

網橋優先級的取值范圍為0-61440，默認值是32768，所以一般沒有特殊設定的話我們在選取根的時候是選擇網橋MAC地址最小的，當然優先級是能夠手動指定的。

手動配置的話需要遵循以下幾點：

必須是2的整數倍
必須是16的證書倍
最小值是4096

因此常用的優先級為4096/8192/24576/32768

選擇根端口

選擇完根網橋后，需要選擇根端口。

根端口是用來做什么的呢？

根端口是用來接收從根過來的消息的端口，所以必須是要在非根網橋上去進行選擇，并且選擇一個到達根最近的端口作為根端口

根端口的選擇遵循以下順序：

最低的到達根網橋的路徑開銷，帶寬越高，開銷越小，如果開銷值一致，則進行下一步比較；
最低的發送方網橋ID，如果一樣，則進行下一步比較；
最低的端口優先級，端口優先級的取值范圍是0-240，默認是128，如果一致則進行下一步比較；
發送方最低的端口ID，每個端口都有端口ID，端口ID由端口優先級+端口編號組成

選擇指定端口

指定端口是指用來傳遞消息的端口

首先需要確認的一點就是，根網橋上的所有端口都是指定端口。

這個應該就很好理解了，根網橋，所有的端口肯定都要傳遞數據轉發數據幀的，總不至于把根都切斷了吧（斷。。。。根。。。。。斷子絕孫？????）

所以指定端口是在非根網橋上進行選擇的，需要遵循以下四步：

BPDU中的根網橋ID
到達根網橋的最低開銷
發送方的網橋ID
若優先級相同則選擇最低MAC地址

BPDU

那么在STP協議中，端口的變化，或者說選舉過程中的數據包和信息又要通過什么來傳遞呢？

STP的信息其實是通過BPDU來傳遞的，我們可以將BPDU理解為信息的載體，將需要比較的信息來進行傳遞和交換

BPDU是通過組播來傳遞的，組播地址為01-80-C2-00-00-00

BPDU其實分為兩種：

配置BPDU，用于首次生成樹的計算
拓撲變更BPDU（TCN BPDU），用于通告網絡拓撲的變化

在一個二層網絡中，不太可能說是不限制整個網絡的大小的，所以在BPDU中由一個參數叫Message Age，從根出來的Message Age的值為0，每經過一個交換機，該值加一，默認的最大值為20，當Message Age的值達到Max Age值的時候，非根網橋將丟棄該配置BPDU

那么前面我們說了STP的作用主要是將端口邏輯Down掉，那么其實在STP中有以下幾種端口狀態：

端口狀態

禁用狀態，Disable，不發送不接收BPDU，不學習MAC，不轉發
阻塞，Discarding，不發送BPDU，但接收BPDU，不學習MAC，不轉發數據
偵聽，Listening，發送和接收BPDU，不學習MAC，不轉發數據
學習，Learning，學習MAC，發送和接收BPDU
轉發，Forwarding，發送和接收BPDU，學習MAC地址，轉發數據

偵聽和學習稱為中間態，是端口狀態變化的中間狀態

根據上圖，我們知道，端口從阻塞狀態變為轉發狀態總共需要50秒的時間，也就是前面講的當主用鏈路故障的時候，會將這個端口自動啟起來，開啟備用鏈路，恢復通信所需要的時間

實驗

## 實驗目的

令SWA是VLAN1的主根橋，在VLAN 1的STP中阻塞SWC的E0/0/2端口，當SWA失效時，SWB接替SWA成為VLAN1的主根橋

----------

SWA：

<Huawei>

<Huawei>system-view

Enter system view, return user view with Ctrl+Z.

[Huawei]sysname SWA

[SWA]undo info-center enable

Jan  9 2025 16:52:19-08:00 SWA DS/4/DATASYNC_CFGCHANGE:OID 1.3.6.1.4.1.2011.5.25

.191.3.1 configurations have been changed. The current change number is 4, the c

hange loop count is 0, and the maximum number of records is 4095.

Info: Information center is disabled.

[SWA]stp enable

[SWA]stp mode stp

Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.

[SWA]interface E0/0/1

[SWA-Ethernet0/0/1]port link-type trunk

[SWA-Ethernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan all

[SWA-Ethernet0/0/1]interface E0/0/2

[SWA-Ethernet0/0/2]port link-type trunk

[SWA-Ethernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan all

[SWA-Ethernet0/0/2]stp priority 4096

[SWA]display current-configuration 

\#

sysname SWA

\#

undo info-center enable

\#

stp mode stp

stp instance 0 priority 4096

\#

cluster enable

ntdp enable

ndp enable

\#

drop illegal-mac alarm

\#

diffserv domain default

\#

drop-profile default

\#

aaa

 authentication-scheme default

 authorization-scheme default

 accounting-scheme default

 domain default

 domain default_admin

 local-user admin password simple admin

 local-user admin service-type http

\#

interface Vlanif1

\#

interface MEth0/0/1

\#

interface Ethernet0/0/1

 port link-type trunk

 port trunk allow-pass vlan 2 to 4094

\#

interface Ethernet0/0/2

 port link-type trunk

 port trunk allow-pass vlan 2 to 4094

 

 [SWA]display stp brief 

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE

   0    Ethernet0/0/2               DESI  FORWARDING      NONE

SWB：

<Huawei>system-view

Enter system view, return user view with Ctrl+Z.

[Huawei]undo info-center enable

Info: Information center is disabled.

[Huawei]sysname SWB

[SWB]stp enable

[SWB]stp mode stp

Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.

[SWB]interface E0/0/1

[SWB-Ethernet0/0/1]port link-type trunk

[SWB-Ethernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan all

[SWB-Ethernet0/0/1]interface E0/0/2

[SWB-Ethernet0/0/2]port link-type trunk

[SWB-Ethernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan all

[SWB-Ethernet0/0/2]stp priority 8192

[SWB]display current-configuration 

\#

sysname SWB

\#

undo info-center enable

\#

stp mode stp

stp instance 0 priority 8192

\#

cluster enable

ntdp enable

ndp enable

\#

drop illegal-mac alarm

\#

diffserv domain default

\#

drop-profile default

\#

aaa

 authentication-scheme default

 authorization-scheme default

 accounting-scheme default

 domain default

 domain default_admin

 local-user admin password simple admin

 local-user admin service-type http

\#

interface Vlanif1

\#

interface MEth0/0/1

\#

interface Ethernet0/0/1

 port link-type trunk

 port trunk allow-pass vlan 2 to 4094

\#

interface Ethernet0/0/2

 port link-type trunk

 port trunk allow-pass vlan 2 to 4094

\#



[SWB]  display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE

   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE

關閉SWA后，SWB狀態變化

[SWB]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/1               DESI  DISCARDING      NONE

[SWB]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/1               DESI  LEARNING        NONE

[SWB]

[SWB]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/1               DESI  LEARNING        NONE

[SWB]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/1               DESI  LEARNING        NONE

[SWB]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE

[SWB]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE

SWC：

<Huawei>

<Huawei>system-view

Enter system view, return user view with Ctrl+Z.

[Huawei]undo info-center enable

Info: Information center is disabled.

[Huawei]sysname SWC

[SWC]stp enable 

[SWC]stp mode stp

Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.

[SWC]interface E0/0/1

[SWC-Ethernet0/0/1]port link-type trunk

[SWC-Ethernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan all

[SWC-Ethernet0/0/1]interface E0/0/2

[SWC-Ethernet0/0/2]port link-type trunk

[SWC-Ethernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan all

[SWC-Ethernet0/0/2]display current-configuration 

\#

sysname SWC

\#

undo info-center enable

\#

stp mode stp

\#

cluster enable

ntdp enable

ndp enable

\#

drop illegal-mac alarm

\#

diffserv domain default

\#

drop-profile default

\#

aaa

 authentication-scheme default

 authorization-scheme default

 accounting-scheme default

 domain default

 domain default_admin

 local-user admin password simple admin

 local-user admin service-type http

\#

interface Vlanif1

\#

interface MEth0/0/1

\#

interface Ethernet0/0/1

 port link-type trunk

 port trunk allow-pass vlan 2 to 4094

\#

interface Ethernet0/0/2

 port link-type trunk

 port trunk allow-pass vlan 2 to 4094

\#



[SWC]display stp brief 

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/1               ROOT  FORWARDING      NONE

   0    Ethernet0/0/2               ALTE  DISCARDING      NONE

關閉SWA后，SWC狀態變化

[SWC]display stp brief 

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/1               ROOT  FORWARDING      NONE

   0    Ethernet0/0/2               ALTE  DISCARDING      NONE

[SWC]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/2               ROOT  DISCARDING      NONE

[SWC]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/2               ROOT  LEARNING        NONE

[SWC]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/2               ROOT  LEARNING        NONE

[SWC]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/2               ROOT  LEARNING        NONE

[SWC]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/2               ROOT  LEARNING        NONE

[SWC]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE

[SWC]display stp brief

 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection

   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE

最后，給各位兄弟們加點氮！

部分圖片來源于網絡，如有侵權請聯系刪除

See yo！

Motto: Actions speak louder than words.

posted @ 2025-04-01 01:41 愛吃肉的小Jeremy 閱讀(61) 評論(0) 收藏舉報

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愛吃肉的小Jeremy

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STP的好處

STP的工作原理

STP的算法

選擇根網橋

選擇根端口

選擇指定端口

BPDU

端口狀態

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