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IEEE 802.1d STP#xff08;生成树协议#xff0c;Spanning-Tree Protocol#xff09;协议#xff1a; ①使冗余端口置于“阻塞状态”… STP协议 STP协议概念生成树为什么要用STP STP名词解释根网桥根端口指定端口非指定端口 STP的版本802.1DPVSTPVST 快速生成树 STP协议概念
IEEE 802.1d STP生成树协议Spanning-Tree Protocol协议 ①使冗余端口置于“阻塞状态” ②网络中的计算机在通信时只有一条链路生效 ③当这个链路出现故障时将处于“阻塞状态”的端口重新打开从而确保网络连接稳定可靠
生成树
生成树在一个二层交换网络中生成一棵树型结构逻辑的阻塞部分接口使得从根到所有的节点仅存在唯一的路径当最佳路径故障时自动打开部分阻塞端口来实现线路备份的作用 生成树在生成过程中应该尽量的生成一棵星型结构且最短路径树
存在算法 802.1D PVST PVST(CISCO) RSTP(802.1w) MSTP(802.1S)
为什么要用STP
为了提高网络可靠性交换网络中通常会使用冗余链路。然而冗余链路会给交换网络带来环路风险并导致广播风暴以及MAC地址表不稳定等问题进而会影响到用户的通信质量。生成树协议STPSpanning Tree Protocol可以在提高可靠性的同时又能避免环路带来的各种问题。
为了提高网络可靠性交换网络中通常会使用冗余链路。然而冗余链路会给交换网络带来风险 1、 广播风暴 2、 MAC地址表翻滚 —在一台交换机上同一个MAC地址只能映射唯一的接口但同一个接口可以映射多个不同的MAC地址 3、 同一数据帧的重复拷贝 4、 以上3个条件最终导致设备工作过载导致重启保护
Stp通过阻塞端口来消除环路并能够实现链路备份目的消除了广播风暴物理链路冗余网络变成了层次化结构的网络 从根网桥到所有的节点实现唯一且尽量最短路径;其他的路径上会有备份的接口被逻辑的阻塞不转发任何数据流量;当最佳路径故障时部分的阻塞接口被启用来恢复通讯;
STP名词解释
根网桥
根网桥 – 在一棵生成树实例中有且仅有一台交换机为root BPDU中的 桥ID来决定 桥ID 网桥优先级0-65535公有 默认32768 MAC地址只有存在svi接口的交换机才拥有mac地址若存在多个mac选数值最小 根网桥的选举 先比较优先级小优 若优先级相同比较mac数值小优
根端口
根端口—在每台非根网桥上有且仅有一个接口本地离根网桥最近的接口最短、星型接收来自根网桥的BPDU转发用户的流量该接口不阻塞
规则 1、比较从根网桥发出后通过该接口进入时最小的cost值 2、入向cost值相同比较该接口对端设备的BID小优 3、对端BID也相同比较该接口对端设备的接口的PID先优先级小若优先级一致编号小 4、连对端PID也相同比较本地PID小优 PID端口ID 接口优先级0-240步长16默认128 接口编号
指定端口
指定端口在每一段存在STP的物理链路上有且仅有一个转发来自根网桥的BPDU同时可以转发用户流量不阻塞默认根网桥上所有接口为指定端口 1、比较从根网桥发出后通过该接口进入这段链路时的cost值最小出向 2、若出向cost值相同必须本地的BID小优 3、本地BID相同比较本地的PID 4、本地PID相同直接阻塞该端口
非指定端口
非指定端口阻塞端口当以上所有角色全部选举完成后剩余没有任何角色的接口为非指定 该接口逻辑阻塞实际可以接收到信息但不转发
STP的版本
802.1D
接口状态 down没有BPDU收发一旦可以进行BPDU收发进入下一状态 侦听强制15s所有交换机进行BPDU收发选举所有角色接口角色为非指定端口直接进入阻塞状态 若为指定端口和根端口进入下一状态 学习强制15s 指定端口和根端口学习所有接口连接设备的MAC地址生成MAC表之后进入下一状 态 转发指端端口和根端口进入可以转发用户报文 阻塞逻辑阻塞 注只有到接口进入到转发状态后才能为用户转发数据报文之前的30s不能转发任何数据 收敛时间 初次收敛—30s 15侦听15s学习 结构变化 存在直连检测本地存在阻塞端口若其他端口断开该阻塞端口马上进入15是侦听选举结果若为 启用那么将再进入15s学习—总30s 没有直连检测本地不存在阻塞端口若某个端口断开将发送次优BPDU以本地为根给其他邻居交换机其他交换机无视该数据进行20s hold time计时到时时阻塞接口进入15s侦听15s学习总50s 802.1D 缺点
1、收敛慢 2、链路利用率低
PVST
PVST cisco私有 基于vlan的生成树协议 在每个vlan内存在一棵树每个树的工作原理同802.1d一致不同vlan的BPDU区别在于优先级 优先级4096倍数vlan id 人为仅可修改4096倍数备份且只能修改为4096的整倍 仅支持 trunk干道封装为ISLcisco私有封装
PVST
PVST 在PVST的基础兼容802.1q的trunk封装且设计了部分的加速 端口加速进入层连接用户的接口 上行链路加速-针对直连检测 骨干加速—针对次优BPDU 上行链路加速仅在接入层设备上配置因为配置后该交换机将自动加大本地的网桥优先级 在直连检测条件下阻塞接口将跳过30s直接进入转发状态–上行链路加速 骨干加速所有交换机均可配置针对接收到次优BPDU的阻塞端口可以跳过20s的hold time 缺点1、收敛慢加速不彻底 2、树多仅cisco存在单独的芯片友商无法负荷
快速生成树
公有RSTP802.1w,整个交换网络一棵树是802.1d的升级
快速的原理 1、取消了计时器而是在一个状态工作完成后直接进入下一状态 2、分段式同步两台设备间逐级收敛使用请求和同意标记依赖标记位的第1和第6位 3、BPDU的保活为6shello time 2s 4、将端口加速边缘接口、上行链路加速、骨干加速集成了 5、兼容802.1d和PVST但802.1d和PVST没有使用标记位中的第1-6位故不能快速收敛因此如果网络中有一台设备不支持快速收敛那么其他开启快速收敛的设备也不能快速 当tcn消息出现时不需要等待根网桥的BPDU就可以刷新本地的cam表
切记:接口默认为半双工时即便允许RSTP依然基于慢速的802.1D算法来收敛
