Cisco設備二層交換技術——STP協議詳解

在企業的網絡設計中，一般都會設計具有冗余的拓補結構。因為單一的鏈路會導致單點故障，提高故障發生的概率。越是大型的網絡，對冗余性要求越高。但是，當網絡具有冗余性之后，就會產生一些問題，比如：

1.廣播風暴

當廣播幀經過交換機時，交換機就會以指數的形式生成廣播幀（交換機從除收到該廣播幀之外的所有端口轉發廣播幀）。這種廣播幀會越來越多，最后形成廣播風暴，導致網絡癱瘓。
這種廣播風暴只有在物理環路消失時才可能停止。

2.多幀復制

指單播的數據幀被多次復制傳送到接受端，很多協議都只需要每次傳輸一個副本。多幀復制會造成接收端收到數據幀的多個副本，不僅浪費接收端的主機資源，而且會導致上層協議在處理這些數據幀時無法選擇，嚴重時還可能導致不可恢復的錯誤。

3.MAC地址表紊亂

會導致交換機通過兩個接口學到相同的MAC地址，從而導致MAC地址表紊亂，影響數據包的轉發。
雖然冗余鏈路會存在一些問題，但是環形的物理線路能夠為網絡提供備份線路，增強網絡的可靠性，這在網絡設計中是必要的。因此，就需要一種解決方法，一方面能夠保證網絡的可靠性，另一方面還要解決因為冗余鏈路所帶來的一系列問題。

STP就是用來解決這個問題的。STP并不是斷掉物理環路，而是在邏輯上斷開環路，防止冗余鏈路的一些問題的發生。

STP（生成樹協議）就是把一個環形的結構改變成一個樹形的結構。

STP就是用來將物理上存在環路的網絡，通過一種算法，在邏輯上阻塞一些端口來生成一個邏輯上的樹形結構。


對于三臺交換機構成環路的網絡，在使用STP后，交換機SW2與SW3連接在鏈路上的一個端口被邏輯上阻塞，也就是這條線路不能傳輸數據了，當正常通信的線路發生故障時，被邏輯阻塞的線路將重新被激活，使得數據能從這條線上正常傳輸數據。
STP運行STA（生成樹算法）的過程很復雜。大致分為三個步驟：

（1）選擇根網橋（交換機）

依據：
1.網橋是唯一的；
2.選擇交換網絡中網橋ID最小的交換機作為根網橋。

（2）選擇根端口

離根網橋最近的端口（在一個非根網橋上有且只有一個根端口）

選擇根端口的依據：
1.到根網橋最低的路徑成本；
2.直連的網橋ID最小；
3.直連的端口ID最小。

網橋到根網橋的路徑上所有鏈路的成本之和

帶寬與路徑成本的關系

（3）選擇指定端口

為了消除環路形成的可能，STP進行最后的計算，在每一個網段上選擇一個指定端口，選擇指定端口的依據：
1.根路徑成本較低；
2.所在交換機的網橋ID指較小；
3.端口ID值較小。

和選擇根端口不同，在比較端口ID時，比較的是自身的端口ID值。

接下來我們簡單的來看一下怎么查看生成樹的狀態


根網橋的兩個端口都是指定端口，而非根端口！

二層交換機之間通過BPDU（橋協議數據單元）來交換網橋ID、根路徑成本等信息。

BPDU包中包括：
1.根網橋ID；
2.根路徑成本；
3.發送網橋ID；
4.端口ID；
5.計時器；

根網橋的選擇是一個持續的、反復進行的過程，每2s觸發一次，檢查BPDU的根網橋ID是否發生了變化，網絡中是否有網橋ID值更低的交換機加進來。
STP在交換機中自動運行，在交換機開機的時候可以看到，交換機的指示燈為×××的，并且大約30s的時間不能轉發數據，這是交換機在做STP計算。
生成樹的端口狀態

（僅供參考）
生成樹計時器
1.HEIIO時間：IEEE802.1d規定的默認時間為2s；
2.轉發和延遲：默認值各為15s；
3.最大老化時間：默認值為20s。
典型的端口過渡：
1.從阻塞到偵聽20s；
2.從偵聽到學習15s；
3.從學習到轉發15s。

（STP計時器的時間可以使用命令進行調整，一般情況不建議修改）
STP與VLAN的關系：
IEEE的CST：不考慮vlan，所有vlan公用一個生成樹；
Cisco的PVST：每一個vlan都有一個生成樹根；
Cisco的PVST+：增強每個vlan生成樹；
IEEE的MST：多生成樹。
接下來我們根據一個簡單的小拓補實驗，來講解一下如何配置生成樹：
1.Cisco的設備默認已經啟用了生成樹，（啟用生成樹的命令）

2.指定根網橋

3.如果在現實環境中，交換機某個接口連接的服務器，我們不可能讓它30s之后在進行工作，可以配置速端口，命令

生成樹的命令差不多就這些，以后如果用到別的會時時更新的！

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