华三STPRSTPMSTP.docx

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华三STPRSTPMSTP

STP-RSTP-MSTP技术提要

1、STP

1.STP的用途

1　STP（SpanningTreeProtocol，生成树协议）是根据IEEE协会制定的802.1D标准

建立的，用于在局域网中消除数据链路层物理环路的协议。

2　运行该协议的设备通过彼此交互信息发现网络中的环路，并有选择的对某些端口进

行阻塞，最终将环路网络结构修剪成无环路的树型网络结构，从而防止报文在环路

网络中不断增生和无限循环，避免设备由于重复接收相同的报文造成的报文处理能

力下降的问题发生。

3　STP包含了两个含义，狭义的STP是指IEEE802.1D中定义的STP协议，广义的

STP是指包括IEEE802.1D定义的STP协议以及各种在它的基础上经过改进的生

成树协议

2.STP的协议报文

1　STP采用的协议报文是BPDU（BridgeProtocolDataUnit，桥协议数据单元），也

称为配置消息。

2　STP通过在设备之间传递BPDU来确定网络的拓扑结构。

BPDU中包含了足够的

信息来保证设备完成生成树的计算过程。

3　BPDU在STP协议中分为两类：

1>配置BPDU（ConfigurationBPDU）：

用来进行生成树计算和维护生成树拓扑的

报文。

2>TCNBPDU（TopologyChangeNotificationBPDU）：

当拓扑结构发生变化时，用

来通知相关设备网络拓扑结构发生变化的报文。

3.STP的基本概念

1　根桥：

1>树形的网络结构，必须要有树根，于是STP引入了根桥（RootBridge）的概念

2>根桥在全网中只有一个，而且根桥会根据网络拓扑的变化而改变，因此根桥并

不是固定的

3>网络收敛后，根桥会按照一定的时间间隔产生并向外发送配置BPDU，其他的

设备对该配置BPDU进行转发，从而保证拓扑的稳定。

2　根端口：

1>所谓根端口，是指一个非根桥的设备上离根桥最近的端口。

根端口负责与根桥

进行通信。

2>非根桥设备上有且只有一个根端口。

根桥上没有根端口。

3　指定桥与指定端口

4　路径开销

1>路径开销是STP协议用于选择链路的参考值。

2>STP协议通过计算路径开销，选择较为“强壮”的链路，阻塞多余的链路，将

网络修剪成无环路的树型网络结构。

4.STP的基本原理

1　概述：

STP通过在设备之间传递BPDU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设备完成生成树的计算过程，其中包含的几个重要信息

如下：

1>根桥ID：

由根桥的优先级和MAC地址组成

2>根路径开销：

到根桥的路径开销

3>指定桥ID：

由指定桥的优先级和MAC地址组成

4>指定端口ID：

由指定端口的优先级和端口名称组成

5>配置消息在网络中传播的生存期：

MessageAge

6>配置消息在设备中能够保存的最大生存期：

MaxAge

7>配置消息发送的周期：

HelloTime

8>端口状态迁移的延时：

ForwardDelay

2　STP算法的具体实现过程

1>初始状态

每台设备的各个端口在初始时会生成以自己为根桥的配置消息，根路径开销为

0，指定桥ID为自身设备ID，指定端口为本端口。

2>最优配置消息的选择

各台设备都向外发送自己的配置消息，同时也会收到其他设备发送的配置消息

3>根桥的选择

网络初始化时，网络中所有的STP设备都认为自己是“根桥”，根桥ID为自身

的设备ID。

通过交换配置消息，设备之间比较根桥ID，网络中根桥ID最小的

设备被选为根桥。

4>根端口、指定端口的选择

3　上述任务完成之后，整个的树形拓扑就建立完成

5.STP的消息传递机制

1　当网络初始化时，所有的设备都将自己作为根桥，生成以自己为根的配置消息，并

以HelloTime为周期定时向外发送【Hello周期=2秒】

2　接收到配置消息的端口如果是根端口，且接收的配置消息比该端口的配置消息优，

则设备将配置消息中携带的MessageAge按照一定的原则递增，并启动定时器为

这条配置消息计时，同时将此配置消息从设备的指定端口转发出去。

3　如果指定端口收到的配置消息比本端口的配置消息优先级低时，会立刻发出自己的

更好的配置消息进行回应

4　如果某条路径发生故障，则这条路径上的根端口不会再收到新的配置消息，旧的配

置消息将会因为超时而被丢弃，设备重新生成以自己为根的配置消息并向外发送，

从而引发生成树的重新计算，得到一条新的通路替代发生故障的链路，恢复网络连

通性。

6.注意事项

1　重新计算得到的新配置消息不会立刻就传遍整个网络，因此旧的根端口和指定端口

由于没有发现网络拓扑变化，将仍按原来的路径继续转发数据。

2　如果新选出的根端口和指定端口立刻就开始数据转发，可能会造成暂时性的环路

7.STP定时器（ForwardDelay、HelloTime和MaxAge）

1　ForwardDelay为设备状态迁移的延迟时间。

链路故障会引发网络重新进行生成树

的计算，生成树的结构将发生相应的变化。

不过重新计算得到的新配置消息无法立

刻传遍整个网络，如果新选出的根端口和指定端口立刻就开始数据转发的话，可能

会造成暂时性的环路。

为此，STP采用了一种状态迁移的机制，新选出的根端口

和指定端口要经过2倍的ForwardDelay延时后才能进入转发状态，这个延时保证

了新的配置消息已经传遍整个网络。

2　HelloTime用于设备检测链路是否存在故障。

设备每隔HelloTime时间会向周围

的设备发送hello报文，以确认链路是否存在故障。

3　MaxAge是用来判断配置消息在设备内保存时间是否“过时”的参数，设备会将

过时的配置消息丢弃

2、RSTP【分段收敛】

1.概述：

1　快速生成树协议（rapidspaningtreeprotocol）：

802.1w由802.1d发展而成

2　这种协议在网络结构发生变化时，能更快的收敛网络。

它比802.1d多了两种端口

类型：

预备端口类型（alternateport）和备份端口类型。

2.技术原理

1　stp规定在某些情况下，处于Blocking状态的端口不必经历2倍的ForwardDelay

时延而可以直接进入转发状态。

如网络边缘端口（即直接与终端相连的端口），可

以直接进入转发状态，不需要任何时延。

或者是网桥旧的根端口已经进入Blocking

状态，并且新的根端口所连接的对端网桥的指定端口仍处于Forwarding状态，那

么新的根端口可以立即进入Forwarding状态。

2　即使是非边缘的指定端口，也可以通过与相连的网桥进行一次握手，等待对端网桥

的赞同报文而快速进入Forwarding状态。

【握手次数会受到网络直径的限制】

3.端口状态

在RSTP中只有三种端口状态，Discarding、Leaning和Forwarding。

802.1D中的禁止端

口，阻塞端口，监听端口在802.1W中统一合并为禁止端口。

4.RSTP的P/A机制【适用于P2P】

P/A机制即Proposal/Agreement机制。

其目的是使一个指定端口尽快进入Forwarding状

态。

其过程的完成根据以下几个端口变量：

1　Proposing：

当一个指定端口处于Discarding或Learning状态的时候，该变量置位。

并向下游交换传递Proposal位被置位的BPDU

2　Proposed：

当端口收到对端的指定端口发来的携带Proposal的BPDU的时候。

该变

量置位。

该指示本网段上的指定端口希望忙进入Forwarding状态。

3　Sync：

当Proposed被设置以后，收到Proposal置位信息的根端口会依次为自己的

其他端口置位sync变量。

如果端口是非边缘的指定端口是则会进入

Discarding状态

4　Synced：

当端口完成转到Discarding后，，会设置自己的synced变量。

Alternate、

Backup和边缘端口会马上设置该变量。

根端口监视其他端口的synced，

当所有其他端口的synced全被设置，，根端口会设置自己的synced，然后

传回BPDU，其中Agreement位被置位。

5　Agreed：

当指定端口接收到一个BPDU时，如果该BPDU中的Agreement位被置

位且端口角色定段是“根端口”，该变量被设置。

Agreed变量一旦被置位，

指定端口马上转入Forwarding状态。

注：

RSTP的连接类型

5.RSTP相对于STP的改进

1　STP没有明确区分端口状态与端口角色，收敛时主要依赖于端口状态的切换。

RSTP

比较明确的区分了端口状态与端口角色，且其收敛时更多的是依赖于端口角色的切

换。

2　STP端口状态的切换必须被动的等待时间的超时。

而RSTP端口状态的切换却是一

种主动的协商

3　STP中的非根网桥只能被动的中继BPDU。

而RSTP中的非根网桥对BPDU的中继

具有一定的主动性

3、MSTP

1.STP/RSTP的缺陷

1　STP不能快速迁移，即使是在点对点链路或边缘端口（边缘端口指的是该端口直

接与用户终端相连，而没有连接到其它设备或共享网段上），也必须等待2倍的

ForwardDelay的时间延迟，端口才能迁移到转发状态。

2　RSTP（RapidSpanningTreeProtocol，快速生成树协议）是STP协议的优化版。

其

“快速”体现在，当一个端口被选为根端口和指定端口后，其进入转发状态的延时

在某种条件下大大缩短，从而缩短了网络最终达到拓扑稳定所需要的时间

2.说明

1　RSTP中，根端口的端口状态快速迁移的条件是：

本设备上旧的根端口已经停止转

发数据，而且上游指定端口已经开始转发数据

2　RSTP中，指定端口的端口状态快速迁移的条件是：

指定端口是边缘端口或者指定

端口与点对点链路相连。

如果指定端口是边缘端口，则指定端口可以直接进入转发

状态；如果指定端口连接着点对点链路，则设备可以通过与下游设备握手，得到响

应后即刻进入转发状态

3　RSTP可以快速收敛，但是和STP一样存在以下缺陷：

局域网内所有网桥共享一棵

生成树，不能按VLAN阻塞冗余链路，所有VLAN的报文都沿着一棵生成树进行

转发

3.MSTP的特点

MSTP（MultipleSpanningTreeProtocol，多生成树协议）可以弥补STP和RSTP的缺陷，

它既可以快速收敛，也能使不同VLAN的流量沿各自的路径转发，从而为冗余链路提供

了更好的负载分担机制

1　MSTP设置VLAN映射表（即VLAN和生成树的对应关系表），把VLAN和生成

树联系起来。

通过增加“实例”（将多个VLAN整合到一个集合中）这个概念，将

多个VLAN捆绑到一个实例中，以节省通信开销和资源占用率。

2　MSTP把一个交换网络划分成多个域，每个域内形成多棵生成树，生成树之间彼此

独立

3　MSTP将环路网络修剪成为一个无环的树型网络，避免报文在环路网络中的增生和

无限循环，同时还提供了数据转发的多个冗余路径，在数据转发过程中实现VLAN

数据的负载分担

4　MSTP兼容STP和RSTP

4、MSTP的基本术语

1.MSTP示意图

2.关键术语

1　MST域：

MST域（MultipleSpanningTreeRegions，多生成树域）是由交换网络中

的多台设备以及它们之间的网段所构成。

这些设备具有下列特点：

1>都启动了MSTP

2>具有相同的域名

3>具有相同的VLAN到生成树实例映射配置

4>具有相同的MSTP修订级别配置

5>这些设备之间在物理上有链路连通

说明：

域内所有设备都有相同的MST域配置

A域名相同

BVLAN与生成树实例的映射关系相同（VLAN1映射到生成树实例1，VLAN2映

射到生成树实例2，其余VLAN映射到CIST。

其中，CIST即指生成树实例0）

C相同的MSTP修订级别

D一个交换网络可以存在多个MST域。

用户可以通过MSTP配置命令把多台设

备划分在同一个MST域内。

2　VLAN映射表：

VLAN映射表是MST域的一个属性，用来描述VLAN和生成树实

例的映射关系

3　IST（InternalSpanningTree，内部生成树）是MST域内的一棵生成树。

注：

IST和CST（CommonSpanningTree，公共生成树）共同构成整个交换网络的

生成树CIST（CommonandInternalSpanningTree，公共和内部生成树）。

IST

是CIST在MST域内的片段

4　CST：

CST是连接交换网络内所有MST域的单生成树。

如果把每个MST域看作

是一个“设备”，CST就是这些“设备”通过STP协议、RSTP协议计算生

成的一棵生成树

5　CIST：

CIST是连接一个交换网络内所有设备的单生成树，由IST和CST共同构成

6　MSTI：

一个MST域内可以通过MSTP生成多棵生成树，各棵生成树之间彼此独

立。

每棵生成树都称为一个MSTI（MultipleSpanningTreeInstance，多生

成树实例）

注：

每个域内可以存在多棵生成树，每棵生成树和相应的VLAN对应。

这些生成

树就被称为MSTI

7　域根：

MST域内IST和MSTI的根桥就是域根。

MST域内各棵生成树的拓扑不同，

域根也可能不同

注：

如上图所示，区域D0中，生成树实例1的域根为设备B，生成树实例2的域

根为设备C

8　总根：

总根（CommonRootBridge）是指CIST的根桥

9　域边界端口：

域边界端口是指位于MST域的边缘，用于连接不同MST域、MST

域和运行STP的区域、MST域和运行RSTP的区域的端口。

注：

1>如果区域A0的一台设备和区域D0的一台设备的第一个端口相连，整个交

换网络的总根位于A0内，则区域D0中这台设备上的第一个端口就是区域

D0的域边界端口

2>域边界端口在生成树实例上的角色与CIST的角色保持一致，但是Master

端口除外，Master端口在CIST上的角色为ROOT端口，但是在其他实例

上的角色才为Master端口

10　端口角色

1>根端口：

负责向根桥方向转发数据的端口

2>指定端口：

负责向下游网段或设备转发数据的端口

3>Master端口：

连接MST域到总根的端口，位于整个域到总根的最短路径上。

从CST上看，master端口就是域的“根端口”（把域看作是一

个节点）。

Master端口在IST/CIST上的角色是根端口，在其它

各个实例上的角色都是Master端口

4>Alternate端口：

根端口和Master端口的备份端口。

当根端口或Master端口被

阻塞后，Alternate端口将成为新的根端口或Master端口

5>Backup端口：

指定端口的备份端口。

当指定端口被阻塞后,Backup端口就会快

速转换为新的指定端口，并无时延的转发数据。

当开启了MSTP

的同一台设备的两个端口互相连接时就存在一个环路，此时设备

会将其中一个端口阻塞，Backup端口是被阻塞的那个端口

注：

端口在不同的生成树实例中可以担任不同的角色

说明：

A设备A、B、C、D构成一个MST域

B设备A的端口1、端口2向总根方向连接

C设备C的端口5、端口6构成了环路

D设备D的端口3、端口4向下连接其他的MST域

3.端口状态

1　Forwarding状态：

学习MAC地址，转发用户流量

2　Learning状态：

学习MAC地址，不转发用户流量

3　Discarding状态：

不学习MAC地址，不转发用户流量

注：

1>同一端口在不同的生成树实例中的端口状态可以不同

2>端口状态和端口角色是没有必然联系

5、MSTP的基本原理

1.概述

1　MSTP将整个二层网络划分为多个MST域，各个域之间通过计算生成CST；域内

则通过计算生成多棵生成树，每棵生成树都被称为是一个多生成树实例。

2　其中实例0被称为IST，其他的多生成树实例为MSTI。

MSTP同STP一样，使用

配置消息进行生成树的计算，只是配置消息中携带的是设备上MSTP的配置信息。

2.CIST生成树的计算

1　通过比较配置消息后，在整个网络中选择一个优先级最高的设备作为CIST的根桥。

在每个MST域内MSTP通过计算生成IST

2　同时MSTP将每个MST域作为单台设备对待，通过计算在域间生成CST。

CST和

IST构成了整个网络的CIST

3.MSTI的计算

1　在MST域内，MSTP根据VLAN和生成树实例的映射关系，针对不同的VLAN生

成不同的生成树实例

2　每棵生成树独立进行计算，计算过程与STP计算生成树的过程类似

3　MSTP中，一个VLAN报文将沿着如下路径进行转发

1>在MST域内，沿着其对应的MSTI转发

2>在MST域间，沿着CST转发

6、MSTP在设备上的实现

1.MSTP同时兼容STP、RSTP。

STP、RSTP两种协议报文都可以被运行MSTP的设备识

别并应用于生成树计算

2.设备除了提供MSTP的基本功能外，还从用户的角度出发，提供了许多便于管理的特殊

功能，如下所示：

1　根桥保持

2　根桥备份

3　根保护功能

4　BPDU保护功能

5　环路保护功能

6　防止TC-BPDU报文攻击功能

3.相关的协议规范

1　IEEE802.1D：

SpanningTreeProtocol

2　IEEE802.1w：

RapidSpanningTreeProtocol

3　IEEE802.1s：

MultipleSpanningTreeProtocol

7、指定端口快速迁移机制

1.概述：

RSTP和MSTP的指定端口快速迁移机制使用两种协议报文

1　proposal报文：

指定端口请求快速迁移的报文

2　agreement报文：

同意对端进行快速迁移的报文

2.说明：

RSTP和MSTP均要求上游设备的指定端口在接收到下游设备agreement报文后才

能进行快速迁移。

不同之处如下

1　对于MSTP，上游设备先向下游设备发送agreement报文，而下游设备的根端口只

有在收到了上游设备的agreement报文后才会向上游设备回应agreement报文

2　对于RSTP，下游设备无需等待上游设备发送agreement报文就可向上游设备发送

agreement报文。

3　当设备与作为上游设备且对MSTP协议的实现存在私有性差异的厂商设备互联

时，二者在快速迁移的配合上可能会存在一定的限制

4　通过在设备上与对MSTP协议的实现存在私有性差异的上游厂商设备相连的端口

开启NoAgreementCheck特性，可避免这种情况的出现，使得上游厂商设备的指

定端口能够进行状态的快速迁移

实例分析：

例如：

上游设备指定端口的状态迁移实现机制与RSTP类似；而下游设备运行

MSTP并且不工作在RSTP兼容模式时，由于下游设备的根端口接收不到上游设备

的agreement报文，它不会向上游设备发agreement报文，所以上游设备的指定端

口无法实现状态的快速迁移，只能在2倍的ForwardDelay延时后变成转发状态

3.配置方法

1　前提条件：

1>设备与作为上游设备且支持MSTP的设备互连，并且端口之间为点对点链路

2>为设备和厂商设备配置相同的域名、域配置修订级别和VLAN与实例映射关

系，以确保它们在同一个域内

2　配置命令

3　说明：

当且仅当在根端口上开启NoAgreementCheck特性时，此特性才会生效

4.配置举例

1　配置需求：

1>DeviceA与对MSTP协议的实现存在私有性差异的厂商设备互连并配置在同一

域内

2>厂商设备作为域根，DeviceA作为下游设备

2　拓扑图

3　配置命令

#在DeviceA端口Ethernet1/0/1上开启NoAgreementCheck特性。

system-view

[DeviceA]interfaceethernet1/0/1

[DeviceA-Ethernet1/0/1]stpno-agreement-check