STP生成树协议.docx

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STP生成树协议

STP生成树协议

　　STP（SpanningTreeProtocol）是生成树协议的英文缩写。

该协议可应用于环路网络，通过一定的算法实现路径冗余，同时将环路网络修剪成无环路的树型网络，从而避免报文在环路网络中的增生和无限循环。

　　STP的基本原理是，通过在交换机之间传递一种特殊的协议报文（在IEEE802.1D中这种协议报文被称为“配置消息”）来确定网络的拓扑结构。

配置消息中包含了足够的信息来保证交换机完成生成树计算。

　　生成树协议STP/RSTP

　　1.技术原理：

　　STP的基本思想就是生成“一棵树”，树的根是一个称为根桥的交换机，根据设置不同，不同的交换机会被选为根桥，但任意时刻只能有一个根桥。

由根桥开始，逐级形成一棵树，根桥定时发送配置报文，非根桥接收配置报文并转发，如果某台交换机能够从两个以上的端口接收到配置报文，则说明从该交换机到根有不止一条路径，便构成了循环回路，此时交换机根据端口的配置选出一个端口并把其他的端口阻塞，消除循环。

当某个端口长时间不能接收到配置报文的时候，交换机认为端口的配置超时，网络拓扑可能已经改变，此时重新计算网络拓扑，重新生成一棵树。

2.功能介绍：

　　生成树协议最主要的应用是为了避免局域网中的网络环回，解决成环以太网网络的“广播风暴”问题，从某种意义上说是一种网络保护技术，可以消除由于失误或者意外带来的循环连接。

STP也提供了为网络提供备份连接的可能，可与SDH保护配合构成以太环网的双重保护。

新型以太单板支持符合ITU-T802.1d标准的生成树协议STP及802.1w规定的快速生成树协议RSTP，收敛速度可达到1s。

　　但是，由于协议机制本身的局限，STP保护速度慢（即使是1s的收敛速度也无法满足电信级的要求），如果在城域网内部运用STP技术，用户网络的动荡会引起运营商网络的动荡。

目前在MSTP组成环网中，由于SDH保护倒换时间比STP协议收敛时间快的多，系统采用依然是SDHMS-SPRING或SNCP，一般倒换时间在50ms以内。

但测试时部分以太网业务的倒换时间为0或小于几个毫秒，原因是内部具有较大缓存。

SDH保护倒换动作对MAC层是不可见的。

这两个层次的保护可以协调工作，设置一定的“拖延时间”（hold-off），一般不会出现多次倒换问题。

　　生成树算法

　　生成树协议运行生成树算法（STA）。

生成树算法很复杂，但是其过程可以归纳为一下三个部分。

（1）选择根网桥

（2）选项根端口

　　（3）选择指定端口

　　选择根网桥的依据是交换机的网桥优先级，网桥优先级是用来衡量网桥在生成树算法中优先级的十进制数，取值范围是0～65535.默认值是32768，网桥ID是由网桥优先级和网桥MAC地址组成的。

共有8个字节。

　　选择根端口的依据是

（1）到跟网桥的最低路径成本。

　　根路径成本是两个网桥间的路径上所有链路的成本之和，也就是某个网桥到达根网桥的中间所有链路的路径成本之和，一条链路的带宽越大，他的传输成本就越低。

（2）直连的网桥ID最小

　　（3）端口ID最小

　　选择指定端口的依据是：

（1）根路径成本较低

（2）所在的交换机网桥ID值最小

　　（3）端口ID值最小

　　STP生成树协议

　　一、STP概述

　　STP（生成树协议）是一个二层管理协议。

在一个扩展的局域网中参与STP的所有交换机之间通过交换桥协议数据单元BPDU（BridgeProtocolDataUnit）来实现；为稳定的生成树拓扑结构选择一个根桥；为每个交换网段选择一台指定交换机；将冗余路径上的交换机置为Blocking，来消除网络中的环路。

　　IEEE802.1d是最早关于STP的标准，它提供了网络的动态冗余切换机制。

STP使您能在网络设计中部署备份线路，并且保证：

　　在主线路正常工作时，备份线路是关闭的。

　　当主线路出现故障时自动使能备份线路，切换数据流。

　　RSTP（RapidSpanningTreeProtocol）是STP的扩展，其主要特点是增加了端口状态快速切换的机制，能够实现网络拓扑的快速转换。

　　1.1设置STP模式

　　使用命令configspanning-treemode可以设置STP模式为802.1dSTP或者802.1wRSTP。

　　1.2配置STP

　　交换机中默认存在一个defaultSTP域。

多域STP是扩展的802.1d，它允许在同一台交换设备上同时存在多个STP域，各个STP域都按照802.1d运行，各域之间互不影响。

它提供了一种能够更为灵活和稳定网络环境，基本实现在VLAN中计算生成树。

　　1.2.1创建或删除STP

　　利用命令createstpd和deletestpd可以创建或删除STP。

　　缺省的defaultSTP域不能手工创建和删除。

　　1.2.2使能或关闭STP

　　交换机中STP缺省状态是关闭的。

利用命令configstpd可以使能或关闭STP。

　　1.2.3使能或关闭指定STP的端口

　　交换机中所有端口默认都是参与STP计算的。

使用命令configstpdport可以使能或关闭指定的STP端口。

　　1.2.4配置STP的参数

　　运行某个指定STP的STP协议后，可以根据具体的网络结构调整该STP的一些参数。

交换机中可以调整以下的STP协议参数：

　　BridgePriority

　　HelloTime

　　ForwardDelay

　　MaxAge

　　另外每个端口上可以调整以下参数：

　　PathCost

　　PortPriority

　　表1-1配置STP参数的常用命令

configstpdforwarddelay

配置根桥交换机端口状态切换的时间间隔

configstpdhellotime

配置根桥交换机发送BPDU的时间间隔

configstpdmaxage

配置BPDU报文老化的最长时间间隔

configstpdpriority

配置运行STP协议时本交换机的优先级

configstpdportcost

配置参与STP计算端口的路径开销

configstpdportpriority

配置参与STP计算的端口的优先级

　　1.2.5显示STP状态

　　利用命令showstpd可以查看STP的状态，包括：

　　BridgeID

　　RootBridgeID

　　STP的各种配置的参数

　　利用命令showstpdport可以显示端口的STP状态，包括：

　　端口状态

　　Designatedport

　　端口的各种配置参数

　　一　ＶＬＡＮ与生成树

　　在缺省的ＣＩＳＣＯ　ＳＴＰ模式中，每个ＶＬＡＮ定义一个ＳＴＰ．

　　ＩＥＥＥ８０２．１Ｑ标准是在整个交换ＶＬＡＮ网络中使用一个ＳＴＰ，但并不排除在每个ＶＬＡＮ中实现ＳＴＰ．

　　１　ＶＬＡＮ与生成树的关系

　　＞ＩＥＥＥ通用生成树（ＣＳＴ）

　　＞ＣＩＳＣＯ　ＰＥＲ　ＶＬＡＮ生成树（ＰＶＳＴ）

　　＞带ＣＳＴ的ＣＩＳＣＯ　ＰＥＲＶＬＡＮ生成树（ＰＶＳＴ＋）

　　ＣＳＴ是ＩＥＥＥ解决运行虚拟局域网ＶＬＡＮ生成树的方法．ＣＳＴ定义，整个第２层交换网络所有实现了的ＶＬＡＮ，仅使用一个生成树实例．这个生成树实例运行在整个交换局域网上．

　　ＰＶＳＴ是解决在虚拟局域网上处理生成树的ＣＩＳＣＯ特有解决方案．ＰＶＳＴ为每个虚拟局域网运行单独的生成树实例．一般情况下ＰＶＳＴ要求在交换机之间的中继链路上运行ＣＩＳＣＯ的ＩＳＬ．

　　ＰＶＳＴ＋是ＣＩＳＣＯ解决在虚拟局域网上处理生成树问题的另一个方案．ＰＶＳＴ＋允许ＣＳＴ信息传给ＰＶＳＴ，以便与其他厂商在ＶＬＡＮ上运行生成树的实现方法进行操作．

　　２　按ＶＬＡＮ生成树（ＰＶＳＴ）

　　为每个ＶＬＡＮ建立一个独立的生成树实例（ＰＶＳＴ）．

　　生成树算法计算整个交换型网络的最佳无环路径．

　　ＰＶＳＴ的优点：

　　＞生成树拓扑结构的总体规模减少．

　　＞改进了生成树的扩展性，并减少了收敛时间．

　　＞提供更快的收敛恢复能力和更高的可靠性．

　　ＰＶＳＴ的缺点：

　　＞为了维护针对每个ＶＬＡＮ而生成的生树，交换机的利用率会更高

　　＞为了支持各个ＶＬＡＮ的ＢＰＤＵ，需要占用更多的ＴＲＵＮＫ链路带宽

　　生成树仅可运行在６４个ＶＬＡＮ上．

　　３　公共生成树（ＣＳＴ）

　　ＣＳＴ是ＩＥＥＥ在虚拟局域网上处理生成树的特有方法，这是一种ＶＬＡＮ解决方案，称为单一或者公共生成树．生成树协议运行在ＶＬＡＮ１即缺省的ＶＬＡＮ上．所有的交换机都举出同一个根网桥，并建立与该根网桥的关系．

　　公共生成树不能针对每个ＶＬＡＮ来优化根网桥的位置．

　　公共生成树优点：

　　＞最小数量的ＢＰＤＵ通信，带宽占用少．

　　＞交换机负载保持最小．

　　公共生成树的缺点如下：

　　＞只用一个根网桥，这不能为所有的ＶＬＡＮ做到网桥的优化放置，导致对某些设备来说可能存在次优化路径．

　　＞为包括交换架构中的所有端口，生成树的拓扑结构较大，这就会导致较长的收敛时间和更频繁的重新配置．

　　４　增强型的按ＶＬＡＮ生成树（ＰＶＳＴ＋）

　　ＰＶＳＴ＋有以下特征：

　　＞它是ＣＩＳＣＯ发展的，可以与８０２．１Ｑ公共生成树（ＣＳＴ）互操作．

　　＞通过ＩＳＬ中继，ＰＶＳＴ＋与现存的ＣＩＳＣＯ交换机ＰＶＳＴ协议向后兼容，同时，ＰＶＳＴ＋也通过８０２．１Ｑ中继与ＣＳＴ连接互操作．

　　＞如果ＰＶＳＴ区域和ＣＳＴ区域之间要互操作，一定要通过ＰＶＳＴ＋区域．

　　--------------------------------------------------------------------------------

　　二　生成树配置

　　生成树配置涉及下面一些任务：

　　＞选举和维护一个根网桥．

　　＞通过配置一些生成树的参数来优化生成树．（如端口优先级　端口成本）

　　＞通过配置上行链路来减少生成树的收敛时间．

　　２９５０交换机上生成树的缺省配置：

　　＞ＳＴＰ启用：

缺省情况下ＶＬＡＮ１启用

　　＞ＳＴＰ模式：

ＰＶＳＴ＋

　　＞交换机优先级：

３２７６８

　　＞ＳＴＰ端口优先级：

１２８

　　＞ＳＴＰ路径成本：

１０００Ｍ：

４　１００Ｍ：

１９　１０Ｍ：

１００

　　＞ＳＴＰ　ＶＬＡＮ端口成本：

　（同上）

　　＞ＳＴＰ计时器：

ＨＥＬＬＯ时间：

２秒　转发延迟：

１５秒　最大老化时间：

２０秒

　　１　启用生成树：

　　switch（config）#spanning-treevlanvlan-list

　　步骤：

　　switch＃configt

　　switch（config）#spanning-treevlan10

　　switch（config）#end

　　switch#showspanning-treesummary/detail

　　summary摘要　　detail详细

　　BridgeIdentifierhaspriority8912,address0006.eb06.1741（本地交换机网桥ＩＤ）

　　desigatedroothaspriority8912,address0006.eb06.1741   （根网桥ＩＤ）

　　designatedportis7,pathcost0（路径成本）

　　times:

hold1,topologychange35,notification2

　　hello2,maxage20,forwarddelay15（根计时器）

　　２　人为建立根网桥

　　在生成树网络中，最重要的事情就是决定根网桥的位置．

　　可以让交换机自己根据一定的原则来选择根网桥以及备份或从（secondary）根网桥，也可使用命令人为指定根网桥．

　　ＰＳ：

不要将接入层的交换机配置为根网桥．ＳＴＰ根网桥通常是汇聚层或者核心层的交换机．

　　通过命令直接建立根网桥：

　　spanning-treevlanvlan-idrootprimary（网桥优先级被置为24576）

　　步骤：

　　switch＃configterminal

　　switch（config）#spanning-treevlanvlan-idrootprimarydianmeternet-diameterhello-timesec

　　为ＶＬＡＮ配置根网桥、网络半径以及ＨＥＬＬＯ间隔

　　ＲＯＯＴ关键字：

指定这台交换机为根网桥

　　diameternetdianmeter：

该关键字指定在末端口主机任意两点之间的网段的最大数量．net-diameter的值是２－７．这个直径应该从根网桥开始计算，根网桥是１

　　switch（config）#end

　　switch#showspanning-treevlanvlan-iddetail

　　让交换机返回缺省的配置，可以使用如下命令：

　　nospanstreevlanvlan-idroot

　　２＞修改网桥的优先级别：

　　多数情况下做如下配置：

　　spanning-treevlanvlan-idrootprimary（主ＲＯＯＴ网桥优先级被置为24576）

　　spanning-treevlanvlan-idrootsecondary（备份ＲＯＯＴ网桥优先级被置为28672）

　　修改网桥优先级：

　　spanning-treevlanvlan-idprioritybridge-priority

　　３　确定到根网桥的路径

　　生成树协议依次用ＢＰＤＵ中这些不同域来确定根网桥的最佳路径：

　　＞根路径成本（ＲＯＯＴＰＡＴＨ　ＣＯＳＴ）

　　＞发送网桥ＩＤ（ＢＲＩＤＧＥ　ＩＤ）

　　＞发送端口ID（ＰＯＲＴ　ＩＤ）

　　从端口发出ＢＰＤＵ时，它会被施加一个端口成本，所有端口成本的总和就是根路径成本．生成树首先查看根路径成本，以确定哪些端口应该转发，哪些端口应该阻塞．报告最低路径成本的端口被选为转发端口．

　　如果对多个端口来说，其中根路径成本相同，那么，生成树将查看网桥ＩＤ．报告有最低网桥ＩＤ的ＢＰＤＵ端口被允许进行转发，而其他所有端口被阻断．

　　如果路径成本和发送网桥ＩＤ都相同（如在平行链路中），生成树将查看发送端口ＩＤ．端口ＩＤ值小的优先级高，将作为转发端口．

　　４　修改端口成本

　　如果想要改变某台交换机和根网桥之间的数据通路，就要仔细计算当前的路径成本，然后，改变所希望路径的端口成本．

　　我们可以更改交换机端口的成本，端口成本更低的端口更容易被选为转发帧的端口．

　　spanning-treevlanvlan-idcostcost

　　nospanning-treevlanvlan-idcost（恢复默认成本）

　　配置步骤：

　　＞１　configterminal　　进入配置状态

　　＞２　interfaceinterface-id　进入端口配置界面

　　＞３　spanning-treevlanvlan-idcostcost值　为某个ＶＬＡＮ配置端口成本

　　＞４　end

　　＞５　showspanning-treeinterfaceinterface-iddetail　查看配置

　　＞６　write

　　５　修改端口优先级

　　在根路径成本和发送网桥ＩＤ都相同的情况下，有最低优先级的端口将为vlan转发数据帧．

　　对应基于ＣＬＩ的命令的交换机，可能的端口优先级别范围为０～６３，缺省为３２．基于ＩＯＳ的交换机端口的优先级别范围是０～２５５，缺省为１２８．

　　spanning-treevlanvlan-idport-prioritypriority值

　　nospanning-treevlanvlan－idport-priority

　　１＞　configterminal　（进入配置模式）

　　２＞　interfaceinterface-id（进入端口配置模式）

　　３＞spanning-treevlanvlan-idport-priority值

　　４＞end

　　５＞showspanning-treeinterfaceinterface-iddetail

　　６＞write

　　--------------------------------------------------------------------------------

　　６　修改生成树计时器

　　使用缺省的ＳＴＰ计时器配置，从一条链路失效到另一条接替，需要花费５０秒．这可能使网络存取被耽误，从而引起超时，不能阻止桥接回路的产生，还会对某些协议的应用产生不良影响，会引起连接、会话或数据的丢失。

　　还有一种情况就是使用热备份路由选择协议（ＨＳＲＰ），将两台路由器连接到一台交换机上。

某些情况下，缺省的ＳＴＰ的计时器值对于ＨＳＲＰ而言过长，会引起“活动”路由器的选择的错误。

　　１　修改ＨＥＬＬＯ时间

　　spanning-treevlanvlan-idhello-timeseconds

　　可以修改每一个ＶＬＡＮ的Hello间隔（ＨＥＬＬＯ　ＴＩＭＥ），它的取值范围是　１～１０秒

　　２　修改转发延迟计时器

　　转发延迟计时器（forwarddelaytimer）确定一个端口在转换到学习状态之前处于侦听状态的时间，以及在学习状态转换到转发状态之前处于学习状态的时间。

　　spanning-treevlanvlan-idforward-timeseconds

　　ＰＳ：

转发时间过长，会导致生成树的收敛过慢

　　转发时间过短，可能会在拓扑改变的时候，引入暂时的路径回环。

　　３　修改最大老化时间

　　最大老化时间（ＭＡＸ—ＡＧＥ　ＴＩＭＥＲ）规定了从一个具有指定端口的邻接交换机上所收到的ＢＰＤＵ报文的生存时间。

　　如果非指定端口在最大老化时间内没有收到ＢＰＤＵ报文，该端口将进入listening状态，并接收交换机产生配置ＢＰＤＵ报文。

　　修改命令：

　　spanning-treevlanvlan-idmax-ageseconds

　　nospanning-treevlanvlan-idmax-age（恢复默认值）

　　７　速端口的配置

　　通过速端口，可以大大减少处于侦听和学习状态的时间，速端口几乎立刻进入转发状态。

速端口将工作站或者服务器连接到网络的时间减至最短。

　　ＰＳ：

确定一个端口下面接的是终端的时候，方可启用速端口设置

　　switch（config-if）#spanning-treeportfast

　　switch（config-if）#nospanning-treeportfast（关闭速端口）

　　查看端口的速端口状态：

showspanning-treeinterfaceinterface-iddetail&nb

8上行速链路的配置

当检测到转发链路发生失效时，上行链路可使交换机上一个阻断的端口几乎立刻马上开始进行转发。

1＞上行速链路在企业网中的应用

2＞交换机可以分为3级：

＞核心层交换机

＞汇聚层交换机

＞接入层交换机

汇聚层和接入层的交换机上各自都至少有一条冗作链路被STP阻塞，以避免环路。

使用STP上行速链路，可以在链路或者交换机失效或者STP重新配置时，加速新的根端口的选择过程。

被阻塞端口会立即转换到转发状态。

上行速链路还可以通过减少参数最大更新速率（max-update-rate，IOS）来限制突发的组播通信。

这些参数的缺省值是150包／秒。

在网络边缘的接入层上，上行速链路是一项最有用的功能，但它不适合用在骨干设备上。

上行速链路能在直连链路失效时实现快速收敛，并能通过上行链路组（uplinkgroup），在多个冗余链路之间实现负载平衡。

上行链路组是一组接口（属于各个VLAN）

上行链路组由一个根端口（处于转发状态）和一组阻塞状态的端口组成。

上行链路的配置：

要在配置了网桥优先级的VLAN上启动上行速链路，必须首先将VLAN上的交换机优先级恢复到缺省值。

使用：

nospanning-treevlanvlan-idpriority

要配置上行速链路，需要使用命令：

spanning-treeuplinkfast[max-uplink-rate

pkts-per-second]pkts-per-second的取值范围是每秒0到32000个数据包。

缺省值是150，通常这个值就足够了。

要检查上行速链路的配置，可以使用如下命令：

showspanning-treesummary

nospanning-treeuplinkfast（关闭）