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🕊️系列專欄：零基礎學java ----- 重識c語言 ---- 計算機網絡
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文章目錄
- 二層環路帶來的問題
- 單點故障解決方案之STP
- STP生成樹協定
- 生成樹概述：
- STP生成樹的作用
- 基本概念 ：
- 根橋
- STP的計算過程
- 啟動STP
- 配置STP示例
- STP的典型應用
- STP vs RSTP vs MSTP
二層環路帶來的問題
- 1、廣播風暴：交換機CPU使用率飙升
- 2、MAC位址飄逸：每一次MAC位址表都會變化
單點故障解決方案之STP
- STP-生成樹協定，無環路
- STP是一個用于區域網路中消除環路的協定
- 基本概念 ：根橋，Cost開銷，RPC根路徑開銷，BPDU
STP生成樹協定
生成樹概述：
- 1、STP是一個用于區域網路中消除環路的協定
- 2、運作該協定的裝置通過彼此互動資訊而發現網絡中的環路，并對某些接口進行阻塞以消除環路
- 3、STP在網絡中運作後會持續監控網絡的狀态，當網絡出現拓撲變更時，STP能夠進行感覺并可以制動響應，進而使網絡狀态适應新的拓撲結構，保證網絡的可靠性
- 4、由于區域網路規模的不斷增長，生成樹協定成為了目前最重要的區域網路協定之一
STP生成樹的作用
- 生成樹能動态響應網絡拓撲變化調整阻塞接口
- 生成樹既可以做到防止二層交換機的環路，又可以做到提高網絡的備援性
基本概念 ：
根橋，Cost開銷，RPC根路徑開銷，BPDU
根橋
- 1、根橋是一個STP交換網絡中的樹根
- 2、STP開始工作以後，會在交換網絡中選舉一個根橋，根橋是生成樹進行拓撲計算的重要“參考點”，是STP計算得出的無環拓撲的樹根
3、在STP網絡中，橋ID最小的裝置會被選舉為根橋
在BID的比較過程中，首先比較橋優先級，優先級的值越小，則越優先，擁有最小優先級值的交換機會 成為根橋；如果優先級相等在比較MAC位址，擁有最小MAC位址的交換機會成為根橋。
STP的計算過程
1、選舉根橋
網絡初始化時，網絡中所有的STP裝置都認為自己是“根橋”，根橋ID為自身的裝置ID。通過交換BPDU消息，裝置之間比較根橋ID，網絡中根橋ID最小的裝置被選為根橋。根橋上的所有端口都是轉發狀态。
2、選舉根接口
非根橋裝置将接收最優配置消息的那個端口定為根端口，根端口也是處于轉發狀态。
3、選舉指定接口
- 裝置根據根端口的配置消息和根端口的路徑開銷，為每個端口計算一個指定端口配置消息，然後将計算出的配置消息與角色待定端口自己的配置消息進行比較。
- 如果計算出的配置消息更優，則該端口被确定為指定端口，其配置消息也被計算出的配置消息替換，并周期性地向外發送；
- 如果該端口自己的配置消息更優，則不更新該端口的配置消息并将該端口阻塞。該端口将不再轉發資料，且隻接收不發送配置消息。
4、阻塞非指定接口
剩下的就是阻塞接口
一旦根橋、根端口和指定端口選舉成功，整個樹形拓撲就建立完畢了。在拓撲穩定後，隻有根端口和指定端口轉發流量，其他的非根、非指定端口都處于阻塞（Blocking）狀态，它們隻接收STP協定封包而不轉發使用者流量。下面結合例子說明STP算法實作的具體過程。
啟動STP
- 1.執行指令system-view，進入系統視圖。
- 2.執行指令stp mode stp，配置交換裝置的STP模式。
- 3.預設情況下，交換機運作MSTP模式，MSTP模式相容STP和RSTP模式。
- 4.（可選）配置根橋和備份根橋
-
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a.在欲配置為根橋的裝置上執行指令：stp root primary，配置目前裝置為根橋裝置。
b.在欲配置為備份根橋的裝置上執行指令：stp root secondary，配置目前裝置為備份根橋裝置。
- 6.（可選）執行指令stp priority priority，配置交換裝置在系統中的優先級。
- 7.預設情況下，交換裝置的優先級取值為32768。其值的步長為4096，如0、4096、8192等。數值越小，優先級越高，成為根橋的可能性越大。對于網絡中部分性能低、網絡層次低的交換裝置，不适合作為根橋裝置，一般會配置其低優先級以保證該裝置不會成為根橋。
- 8.（可選）執行指令stp pathcost-standard { dot1d-1998 | dot1t | legacy }，配置端口路徑開銷計算方法。
- 9.預設情況下，路徑開銷值的計算方法為IEEE 802.1t（dot1t）标準方法。同一網絡内所有交換裝置的端口路徑開銷應使用相同的計算方法。
- 10.（可選）配置端口路徑開銷值及優先級
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a.執行指令interface interface-type interface-number，進入參與生成樹協定計算的接口視圖。
b.執行指令stp cost cost，設定目前端口的路徑開銷值。
存在環路的網絡環境中，對于鍊路速率值相對較小的端口，建議将其路徑開銷值配置相對較大，以使其在生成樹算法中被選舉成為阻塞端口，阻塞其所在鍊路。
c.執行指令stp port priority priority，配置端口的優先級。
預設情況下，交換裝置端口的優先級取值是128。
d.如果希望将某交換裝置的端口阻塞進而破除環路，則可将其端口優先級設定比預設值大，使得在選舉過程中成為被阻塞的端口。
e.執行指令quit，退回系統視圖。
- 12.執行指令stp enable，使能交換裝置的STP功能。
- 13.執行指令commit，送出配置。
配置STP示例
以下圖的組網環境為例，介紹STP的配置步驟、檢視配置結果。
1.在SwitchA上配置生成樹協定為STP模式，配置SwitchA為根橋，路徑開銷計算方法為華為私有計算方法。
<SwitchA> system-view
[～SwitchA] stp mode stp
[*SwitchA] stp root primary
[*SwitchA] stp pathcost-standard legacy
[*SwitchA] commit 2.在SwitchB上配置生成樹協定為STP模式，配置SwitchB為備份根橋，路徑開銷計算方法為華為私有計算方法，并關閉與Server2相連端口的STP功能。
<SwitchB> system-view
[～SwitchB] stp mode stp
[*SwitchB] stp root secondary
[*SwitchB] stp pathcost-standard legacy
[*SwitchB] interface 10ge 1/0/2
[*SwitchB-10GE1/0/2] stp disable
[*SwitchB-10GE1/0/2] commit 3.在SwitchC上配置生成樹協定為STP模式，路徑開銷計算方法為華為私有計算方法，接口10GE1/0/1的路徑開銷值為20000，并關閉與Server1相連端口的STP功能。
<SwitchC> system-view
[～SwitchC] stp mode stp
[*SwitchC] stp pathcost-standard legacy
[*SwitchC] interface 10ge 1/0/1
[*SwitchC-10GE1/0/1] stp cost 20000
[*SwitchC-10GE1/0/1] quit
[*SwitchC] interface 10ge 1/0/2
[*SwitchC-10GE1/0/2] stp disable
[*SwitchC-10GE1/0/2] commit 4.在SwitchD上配置生成樹協定為STP模式，路徑開銷計算方法為華為私有計算方法。
<SwitchD> system-view
[～SwitchD] stp mode stp
[*SwitchD] stp pathcost-standard legacy
[*SwitchD] commit 5.環網中所有裝置均使能STP。以SwitchA為例，在SwitchB、SwitchC和SwitchD上執行相同的操作。
[～SwitchA] stp enable
[*SwitchA] commit 6.驗證配置結果。待網絡穩定後，可以執行display stp brief檢視端口角色和端口狀态等資訊，以SwitchA為例：
[～SwitchA] display stp brief
MSTID Port Role STP State Protection Cost Edged
0 10GE1/0/1 DESI forwarding none 2 disable
0 10GE1/0/2 DESI forwarding none 2 disable STP的典型應用
在一個複雜的網絡中，網絡規劃者由于備援備份的需要，一般都傾向于在裝置之間部署多條實體鍊路，其中一條作主用鍊路，其他鍊路作備份。這樣就難免會形成環形網絡，若網絡中存在環路，可能會引起廣播風暴和MAC表項被破壞。
在網絡中部署STP協定，通過彼此互動資訊發現網絡中的環路，并有選擇的對某個端口進行阻塞，最終将環形網絡結構修剪成無環路的樹形網絡結構，進而防止封包在環形網絡中不斷增生和無限循環，避免裝置由于重複接收相同的封包造成處理能力下降。
STP vs RSTP vs MSTP
STP包含兩種含義：
- 狹義的STP是指IEEE 802.1D中定義的STP協定。
- 廣義的STP包括IEEE 802.1D中定義的STP、IEEE 802.1W中定義的快速生成樹協定RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol）和IEEE 802.1S中定義的多生成樹協定MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol）。
目前，生成樹協定支援如下：
- STP是基礎的資料鍊路層的管理協定，用于二層網絡的環路檢測和預防。但是，STP拓撲收斂速度慢。
- RSTP在STP基礎上進行了改進，實作了網絡拓撲快速收斂。但RSTP和STP還存在同一個缺陷：區域網路内所有的VLAN共享一棵生成樹，不能按VLAN阻塞備援鍊路，所有VLAN的封包都沿着一棵生成樹進行轉發。
- MSTP通過設定VLAN映射表（即VLAN和生成樹執行個體的對應關系表），把VLAN和生成樹執行個體聯系起來。同時它把一個交換網絡劃分成多個域，每個域内形成多棵生成樹執行個體，生成樹執行個體之間彼此獨立。MSTP提供了資料轉發的多個備援路徑，在資料轉發過程中實作VLAN資料的負載均衡。
生成樹協定中，MSTP相容RSTP、STP，RSTP相容STP。三種生成樹協定的比較
| 生成樹協定 | 特點 | 應用場景 |
| STP | 形成一棵無環路的樹，解決廣播風暴并實作備援備份。收斂速度較慢。 | 無需區分使用者或業務流量，所有VLAN共享一棵生成樹。 |
| RSTP | 形成一棵無環路的樹，解決廣播風暴并實作備援備份。收斂速度快。 | 無需區分使用者或業務流量，所有VLAN共享一棵生成樹。 |
| MSTP |