STP

• 生成树STP（Spanning 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
• 二层冗余带来的问题：
  • 广播风暴
  • MAC地址震荡

STP的作用

• 通过阻塞逻辑端口来消除环路，并能够实现链路备份的目的
• 当可用路径发生故障时，STP可以自动激活备份链路，恢复网络的连通性

STP操作

1. 选举一个根桥
2. 每个非根交换机选举一个根端口
3. 每个网段选举一个指定端口
4. 阻塞非根、非指定端口

选举根桥

• 根桥是指Bridge-ID最小的交换机（BID最小的的交换机成为根网桥）
• Bridge-ID包括两部分（优先级、MAC地址）
• 修改优先级stp priority 4096(优先级必须是4096的倍数)

选举根端口

• 根端口指的是非根网桥到达根网桥路径开销最小的接口
• 沿着BPDU的流向（BPDU从根桥流向非根桥）累加入栈接口的开销值
• 接口开销值相同，则比较接口对端所连交换机的BID，BID小的交换机对应的接口为根端口
• 接口开销相同，对端BID相同，比较对端接口的Port-ID（优先级、接口编号）小的为根端口
• 上述所有参数都相同，则比较本地接口的Port-ID，小的为根端口

选举指定端口

• 在一个网段内到达根网桥路径开销最小的接口

• 根网桥上所有接口都是根端口

• 比较接口的根路径开销，根路径开销相同则比较此网段内所连交换机的BID，BID小的交换机的端口为指定端口

• 在两个交换机之间根据路径开销、对端BID、对端PID和本端的PID比较选举指定端口

  没有当选根端口和指定端口的端口会被阻塞

端口状态转换

• Disabled：生成树的禁用状态（端口关禁闭）
• Blocking：可以长期稳定的状态（阻塞）
• Listening：不稳定状态，只能收发BPDU，不能转发数据，学习MAC，等待15秒，切换状态
• Learning：不稳定状态，可以学习MAC表，不能转发数据
• Forwarding：稳定状态

BPDU

• 包含桥ID、路径开销、端口ID、计时器等参数

STP拓扑变化

• 根桥故障
  • 非根桥会在BPDU老化之后开始根桥的重新选举
• 根桥故障
  • 非根桥会在BPDU老化之后开始根桥的重新选举
• 直连链路故障
  • 检测到直连链路物理故障后，会将预备端口转换为根端口
  • 预备端口会在30s后恢复到转发状态
• 非直连链路故障
  • 预备端口恢复到转发状态大约需要50秒

拓扑变更导致MAC地址表变化

1. 当交换机检测到网络发生拓扑变化时，交换机会从根端口向外发出TCN BPDU
2. 上游交换机收到TCN BPDU后，会以TCA位被置位的BPDU进行应答
3. 上游交换机收到TCN BPDU后，会进一步从根端口转发该BPDU ，直到TCN BPDU抵达根网桥
4. 根网桥收到TCN BPDU后，会全网泛洪TC位被置位配置BPDU
5. 交换机收到TC位被置位的配置BPDU后，触发生成树的重新计算
6. 同时收到TC BPDU的端口的MAC地址表老化时间缩短至转发延迟

STP模式

• STP配置：stp mode stp(华为设备默认工作模式为MSTP)
• 配置路径开销值：接口视图下stp cost 2000

RSTP

• 传统STP收敛速度慢，至少需要30S
• 根桥直连链路down掉，BP端口换成DP端口并进入转发状态需要大约50S
• 交换机连接终端的链路进入转发需要经过30S
• 机制复杂，效率低下
• 端口角色

• Disabled、Blocking、Listening都不转发用户流量也不学习MAC地址
• Learning不转发用户流量，但是学习MAC地址表
• Forwarding及转发用户流量又学习MAC地址

RSTP优点

端口角色重新划分

• 在STP原有的根端口和指定端口上新定义了新的端口
• Backup Port（BP指定端口的备份）
• Alternate Port（AP根端口的备份）

端口状态重新划分

• 由原来STP的5种状态缩减为3种状态
• STP的Disabled、Blocking、Listening对应RSTP的Discarding状态（不转发用户流量也不学习MAC地址）
• STP的Learning、Forwarding在RSTP中不变

快速收敛机制

P/A机制

• 对指定端口（DP）快速进入转发状态生效
• DP向下游交换机发出P位被置位的BPDU
• 下游交换机接收到P位被置位的BPDU后，首先会执行Sync的操作（交换机会阻塞所有处于转发状态的非边缘端口）
• 然后下游交换机会向上游交换机发送A位被置位的BPDU
• 上游交换机收到A位被置位的BPDU后，立刻将DP口置为转发状态，无需等待定时器到期

根端口快速切换机制

• 当原有的根端口发生故障，且AP口对端连接的DP口处于转发状态，AP口立刻转换为RP口，并进入转发状态

次等BPDU处理机制

• 发生故障的交换机以自己为根桥，向外发送P位被置位的BPDU，对端收到后，会将本地最优的BPDU回给故障交换机
• 发生故障的交换机收到最优的BPDU后，向对端发送A位被置位的BPDU
• 对端收到A位被置位的BPDU后，立刻将AP口转换为DP口，进入转发状态

边缘端口的引入

• 交换机的接口被设置为边缘端口，则改端口不参与生成树的运算，一旦接入，立刻进入转发状态

拓扑变更机制的优化

• 判断拓扑变化唯一标准：一个非边缘端口迁移到Forwarding状态
• 变更点直接产生TC BPDU触发生成树的重新运算，RSTP不再使用TCN BPDU
• TC BPDU会直接删除错误的MAC地址表项，不再将MAC地址表项的老化时间降低为转发延迟，进一步提高收敛速度

BPDU保护

• 边缘端口收到BPDU后，自动将其设置为非边缘端口，重新进行生成树的计算
• BPDU保护边缘端口配置BPDU保护，边缘端口收到BPDU后，交换机立刻关闭该边缘端口

根保护

• 配置了根保护的接口如果收到更优的BPDU，则进入Discarding状态，不再转发该BPDU
• 一段时间内收不到更优的BPDU，则改端口进入转发状态，保护根桥位置

TC-BPDU泛洪保护

• 如果交换机短时间收到大量的TC-BPDU，交换机会频繁的执行MAC地址表的删除操作和生成树的重新运算，给设备增加负担
• 交换机配置了TC-BPDU保护后，交换机只会处理单位时间内人为设置的TC-BPDU的数量，超出部分交换机不处理

RSTP配置

# 系统视图下 stp mode rstp  //将交换机的STP类型更改为RSTP stp root primary  //设置为根桥 stp bpdu-protection  //开启BPDU保护功能  # 接口视图下 stp edged-port enable  //将当前接口设置为边缘端口 stp root-protection  //在当前接口开启根保护  stp tc-protection  //开启TC-BPDU保护功能 stp tc-protection threshold 5  //设置单位时间内处理TC-BPDU数量的阀值 

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