网络考试-课件3.4stp生成树协议

STP生成树协议本章目标掌握生成树协议STP的工作原理掌握PVST+的原理和配置掌握RSTP的工作原理和配置掌握使用STP协议实现VLAN的负载均衡交换机工作原理根据MAC地址表转发数据帧，如果地址未知，则广播ABaabbA查MAC地址表，目的地址在表中不存在A广播这个数据帧C广播风暴的产生当网络中存在物理环路，会产生广播风暴AaabbBCA查MAC地址表，目标地址在表中不存在，A广播这个帧B与C查MAC地址表，未知目标地址，B与C广播该帧形成双向广播环，广播永远不会停止，产生广播风暴广播风暴最终会导致网络资源耗尽，交换机死机！现实中的环路STP协议介绍STP－SpanningTreeProtocol（生成树协议）逻辑上断开环路，防止广播风暴的产生当线路出现故障，断开的接口被激活，恢复通信，起备份线路的作用ABCSTP的算法STP将一个环形网络生成无环拓朴的步骤：选择根网桥（RootBridge）选择根端口（RootPorts）选择指定端口（DesignatedPorts）网桥是交换机的前身，由于STP是在网桥基础上开发的，因此现在在交换机的网络中仍然沿用网桥这一术语第一步：选择根网桥选择根网桥的依据网桥ID（BID）网桥ID是唯一的，交换机之间选择BID值最小的交换机作为网络中的根网桥选择根网桥的目的是为了给将生成的树形结构确定一个树根网桥优先级网桥的MAC地址2字节6字节取值范围：0～65535缺省值：32768STP选择根网桥举例根据网桥ID选择根网桥ABC优先级：4096

MAC地址：000d.2800.b100优先级：32768

MAC地址：000d.2800.b101优先级：32768

MAC地址：000d.2800.b102RootBridge下一步：选择根端口以本拓朴为例，介绍STP的计算过程选择根端口的依据在非根网桥上选择一个到根网桥最近的端口作为根端口选择根端口的依据是：根路径成本最低根路径成本是网桥到根网桥的路径上所有链路成本之和直连的网桥ID最小端口ID最小RootBridge路径成本：19路径成本：100CBAPort1C的Port1根路径成本＝19＋100＝119路径成本规定路径成本根据链路带宽的高低规定链路带宽（Mb/s）路径成本10100166245391001915514622610004100002端口ID端口ID的组成

端口优先级

端口编号

8位8位取值范围：0～255缺省值：128100MSTP选择根端口举例在非根桥上，选择一个根端口（RP）ABC优先级：4096

MAC地址：000d.2800.b100优先级：32768

MAC地址：000d.2800.b101优先级：32768

MAC地址：000d.2800.b102RootBridge下一步：选择指定端口100M100MRootPortRootPort在B和C上，到达A最近的端口是B和C的根端口选择指定端口的依据在每个网段上，选择1个指定端口根桥上的端口全是指定端口非根桥上的指定端口：根路径成本最低端口所在的网桥的ID值较小端口ID值较小

端口优先级

端口编号

8位8位取值范围：0～255缺省值：128STP选择指定端口举例在每个网段选择1个指定端口（DP）既不是根端口也不是指定端口则处于阻塞状态100MABC优先级：4096

MAC地址：000d.2800.b100优先级：32768

MAC地址：000d.2800.b101优先级：32768

MAC地址：000d.2800.b102RootBridge100M100MRootPort这个端口既不是根端口，也不是指定端口，STP将这个端口阻塞（Block）在这个网段上，B的网桥ID较小，所以B上的端口为指定端口DPDPDP根网桥上的端口都是指定端口STP计算结果经过STP计算，最终的逻辑结构为无环拓朴100MABC优先级：32768

MAC地址：000d.2800.b101优先级：32768

MAC地址：000d.2800.b102100M优先级：4096

MAC地址：000d.2800.b100备份线路STP举例DCABBID：32768000d.2800.b100BID：32768000d.2805.c100BID：32768000d.2810.d100BID：32768000d.2811.e100100M100M100M100M100MRootBridgeRPRPRPDPDPDPBlock经过STP计算后的逻辑拓朴DCABBID：32768000d.2800.b100BID：32768000d.2805.c100BID：32768000d.2810.d100BID：32768000d.2811.e100100M100M100MRootBridgeBPDU（桥协议数据单元）交换机怎么知道其他交换机的网桥ID？怎么知道哪个端口的根路径成本最小？交换机之间使用BPDU来交换STP信息BPDUBridgeProtocolDataUnit－网桥协议数据单元使用组播发送BPDU，组播地址为：01-80-c2-00-00-00BPDU分为2种类型：配置BPDU－用于生成树计算拓朴变更通告（TCN）BPDU－用于通告网络拓朴的变化BPDU包含的字段字段字节作用协议ID2协议类型：stp该值为0版本号1使用stp的版本号，默认为0报文类型1标识是配置BPDU还是TCNBPDU根网桥ID8用于通告根网桥的ID根路径成本4说明这个BPDU到根桥的路径，到根网桥的每个交换机都会更新该值发送网桥ID8发送这个BPDU网桥的ID端口ID2发送报文的端口的ID消息老化时间2从根网桥发出BPDU之后经过的秒数，实际是跳数，每经过一个交换机，跳数减1最大老化时间2网桥在将根网桥看作不可用之前保留根网桥IP的最大时间，默认20sHello时间2根网桥发送配置BPDU的间隔时间，默认2s转发延迟2网桥在拓扑变化后转到新状态需要等待的时间100MSTP使用BPDU选择根网桥2-1100MAC网桥ID：

32768.000d.2800.b101网桥ID：32768.000d.2800.b102网桥ID：

4096.000d.2800.b100字段值根网桥ID32768.000d.2800.b101根路径成本0发送网桥ID32768.000d.2800.b101端口IDxxxxB交换机启动时，假定自己是根网桥，在向外发送的BPDU中，根网桥ID字段填写自己的网桥ID100M100M100MSTP使用BPDU选择根网桥2-2100MAC字段值根网桥ID4096.000d.2800.b100根路径成本0发送网桥ID4096.000d.2800.b100端口IDxxxx当接收到其他交换机发出的BPDU后，比较网桥ID，选择较小的添加到根网桥ID中100MA字段值根网桥ID4096.000d.2800.b100根路径成本0发送网桥ID32768.000d.2800.b101端口IDxxxxB100M网桥ID：

32768.000d.2800.b101网桥ID：32768.000d.2800.b102网桥ID：

4096.000d.2800.b100当全网所有的交换机接收到全部的BPDU并作比较后，就可以选择出唯一的一个根网桥STP使用BPDU计算根路径成本2-1100M100M100MAC字段值根网桥ID4096.000d.2800.b100根路径成本0发送网桥ID4096.000d.2800.b100端口IDxxxxAB根网桥发送根路径成本为0的BPDU100MRootBridge网桥ID：

32768.000d.2800.b101网桥ID：32768.000d.2800.b102网桥ID：

4096.000d.2800.b100RootBridgeASTP使用BPDU计算根路径成本2-2其他交换机接收到根网桥的BPDU后，在根路径成本上添加接收接口的路径成本，然后转发100M100M100MAC字段值根网桥ID4096.000d.2800.b100根路径成本19发送网桥ID32768.000d.2800.b101端口IDxxxx100MB交换机保存接口的根路径成本到内存中网桥ID：

32768.000d.2800.b101网桥ID：32768.000d.2800.b102网桥ID：

4096.000d.2800.b100生成树端口的状态状态用途转发（Forwarding）发送和接收用户数据帧学习（Learning）能接收并处理BPDU,不转发用户数据帧，学MAC地址。侦听（Listening）能接收并处理BPDU,不转发用户数据帧，不学MAC地址。阻塞（Blocking）只接收BPDU禁用（Disable）强制关闭交换机端口的5种STP状态生成树计时器20秒20秒15秒35秒15秒50秒阻断侦听转发学习最大寿命转发延迟转发延迟交换机开机需要等待30秒时间开始转发数据当某个正在使用的链路断掉，阻塞的端口需要50秒时间开始转发数据STP拓扑更改过程stp收敛后，根网桥会周期发送配置BPDU网桥会在hello间隔周期发送从根网桥收到的配置BPDU报文.当某个交换机发生拓扑更改，则周期发送TCN拓扑更改通知消息，直到收到确认为止。根网桥收到TCN后，开始发送设置了拓扑更改(TC)位的配置BPDU，并发送TCA确认消息。所有交换机都意识到拓扑更改后，会将地址表CAM的老化时间(300s)缩短为转发延迟时间(15s)。VLAN与STPVLAN3VLAN2VLAN2VLAN1VLAN1VLAN3标准的生成树协议（CST）不考虑VLAN经过STP计算，会有一条链路被断开PVST（按VLAN生成树）PVST是Cisco私有的，为每个VLAN构造一棵生成树VLAN3VLAN2VLAN2VLAN1VLAN1VLAN3PVST+PVST+区域PVST区域CST区域PVST＋Cisco私有,是cisco交换机默认使用的生成树协议可以与CST互操作用来连接PVST与CST区域cisco交换机的MAC地址和网桥IDcisco交换机不同型号决定了可用MAC地址的数量，最多可包含1024个MAC地址。交换机按照次序分配MAC地址，第一个分配给VLAN1，第二个给VLAN2……PVST+的网桥ID扩展为优先级+VLANID+MAC地址PVST+的配置命令2-1启用生成树（默认启用）Switch(config)#spanning-treevlanvlan-list修改网桥的优先级默认为32768Switch(config)#spanning-treevlanvlan-listpriorityBridge-priority设置根网桥/备份根网桥Switch(config)#spanning-treevlanvlan-listrootprimary|secondary设置为根网桥后，优先级变成24576优先级的值为4096的倍数PVST+的配置命令2-2修改端口成本Switch(config-if)#spanning-treevlanvlan-listcostcostSwitch(config-if)#spanning-treecostvalue修改端口优先级Switch(config-if)#spanning-treevlanvlan-list

port-prioritypriority配置上行快速链路Switch(config-if)#spanning-treeuplinkfast配置端口快速链路Switch(config-if)#spanning-treeportfastUplinkFast是为本网桥提供一个备份的根端口,一旦原根端口down掉，备份RP马上进入Forwarding状态,可提高性能PortFast

是用来接终端设备，这样的接口不参与STP破环，可以回避Listening和Learning状态，直接进行转发。PVST配置的查看查看生成树的配置Switch#showspanning-tree查看某个VLAN的生成树详细信息Switch#showspanning-treevlanvlan-iddetail配置网络中比较稳定的交换机为根网桥利用PVST+实现网络的负载分担PVST+在实际中的应用V1－V10VLAN1－5的根网桥VLAN6－10的根网桥V1－V10V1－V10VLAN1－5的根端口VLAN1－5数据的流向VLAN6－10的根端口VLAN6－10数据的流向接入交换机PVST配置实例11-1CABDPort24Port24Port23Port23Port22Port23Port23Port22Port22Port2232768.000d.28bf.4b4032768.0013.6007.6a0032768.000d.2861.b10032768.000d.28bf.1140缺省情况下的STPRootBridgeBlock希望的配置结果Vlan1-4Vlan1-4Vlan1-2的根网桥Vlan3-4的根网桥PVST配置实例11-2配置SwA为VLAN1和2的根网桥SwA(config)#spanning-treevlan1rootprimarySwA(config)#spanning-treevlan2rootprimary配置SwB在VLAN3和4中优先级为4096SwB(config)#spanning-treevlan3priority4096SwB(config)#spanning-treevlan4priority4096PVST配置实例11-3查看配置结果SwB#showspanning-treeVLAN0001SpanningtreeenabledprotocolieeeRootIDPriority24577Address000d.28bf.4b40Cost19Port24(FastEthernet0/24)HelloTime2secMaxAge20secForwardDelay15secBridgeIDPriority32769(priority32768sys-id-ext1)Address0013.6007.6a00HelloTime2secMaxAge20secForwardDelay15secAgingTime300InterfaceRoleStsCostPrio.NbrType------------------------------------------------------------------------Fa0/22AltnBLK19128.22P2pFa0/23AltnBLK19128.23P2pFa0/24RootFWD19128.24P2p根网桥的信息自己的信息本地接口的信息VLAN1的根网桥为SwA，优先级为24576＋VLANID端口22和23阻塞，24为根端口VLAN2的生成树信息PVST配置实例11-4VLAN0002SpanningtreeenabledprotocolieeeRootIDPriority24578Address000d.28bf.4b40Cost19Port24(FastEthernet0/24)HelloTime2secMaxAge20secForwardDelay15secBridgeIDPriority32770(priority32768sys-id-ext2)Address0013.6007.6a00HelloTime2secMaxAge20secForwardDelay15secAgingTime300InterfaceRoleStsCostPrio.NbrType------------------------------------------------------------------------Fa0/22AltnBLK19128.22P2pFa0/23AltnBLK19128.23P2pFa0/24RootFWD19128.24P2pPVST配置实例11-5CDPort24Port24Port23Port23Port22Port23Port23Port22Port22Port2224576.000d.28bf.4b4032768.0013.6007.6a0032768.000d.2861.b10032768.000d.28bf.1140VLAN1-2的逻辑拓朴Vlan1-4Vlan1-4Vlan1-2的根网桥BAPVST配置实例11-6查看配置结果（VLAN3－4)SwA#showspanning-tree

VLAN0003SpanningtreeenabledprotocolieeeRootIDPriority4099Address0013.6007.6a00Cost19Port24(FastEthernet0/24)HelloTime2secMaxAge20secForwardDelay15secBridgeIDPriority32771(priority32768sys-id-ext3)Address000d.28bf.4b40HelloTime2secMaxAge20secForwardDelay15secAgingTime300InterfaceRoleStsCostPrio.NbrType------------------------------------------------------------------------Fa0/22AltnBLK19128.22P2pFa0/23AltnBLK19128.23P2pFa0/24RootFWD19128.24P2pVLAN4的生成树信息PVST配置实例11-7VLAN0004SpanningtreeenabledprotocolieeeRootIDPriority4100Address0013.6007.6a00Cost19Port24(FastEthernet0/24)HelloTime2secMaxAge20secForwardDelay15secBridgeIDPriority32772(priority32768sys-id-ext4)Address000d.28bf.4b40HelloTime2secMaxAge20secForwardDelay15secAgingTime300InterfaceRoleStsCostPrio.NbrType------------------------------------------------------------------------Fa0/22AltnBLK19128.22P2pFa0/23AltnBLK19128.23P2pFa0/24RootFWD19128.24P2pPVST配置实例11-8CDPort24Port24Port23Port23Port22Port23Port23Port22Port22Port2232768.000d.28bf.4b404096.0013.6007.6a0032768.000d.2861.b10032768.000d.28bf.1140VLAN3-4的逻辑拓朴Vlan1-4Vlan1-4Vlan3-4的根网桥BAPVST配置实例11-9配置交换机C上连接主机的端口为快速端口SwC(config)#interfacerangefastEthernet0/1-20SwC(config-if-range)#spanning-treeportfast%Warning:portfastshouldonlybeenabledonportsconnectedtoasinglehost.Connectinghubs,concentrators,switches,bridges,etc...tothisinterfacewhenportfastisenabled,cancausetemporarybridgingloops.UsewithCAUTION%Portfastwillbeconfiguredin20interfacesduetotherangecommandbutwillonlyhaveeffectwhentheinterfacesareinanon-trunkingmode.PVST配置实例11-10在交换机C上配置上行速链路SwC(config)#interfacefastEthernet0/22SwC(config)#spanning-treeuplinkfastPVST配置实例11-11配置了上行速链路后查看生成树信息SwC#showspanning-tree

VLAN0001SpanningtreeenabledprotocolieeeRootIDPriority24577Address000d.28bf.4b40Cost3019Port23(FastEthernet0/23)HelloTime2secMaxAge20secForwardDelay15secBridgeIDPriority49153(priority49152sys-id-ext1)Address000d.2861.b100HelloTime2secMaxAge20secForwardDelay15secAgingTime300UplinkfastenabledInterfaceRoleS