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本篇笔记是根据B站上的视频教程整理而成，感谢UP主的精彩讲解！如果需要了解更多细节，可以参考以下视频：

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一、生成树技术概述

背景：二层交换机网络的冗余性与环路、人为导致的二层环路带来：广播风暴、MAC地址漂移

1、生成树协议

​

在网络中部署生成树协议后，交换机会通过交互生成树协议报文进行无环拓扑计算，最终阻塞某些接口以打破环路

2、生成树能动态响应网络拓扑变化调整阻塞接口

​

生成树协议持续监控网络拓扑结构，当拓扑发生变化时，能自动感知并调整。它既能解决二层环路问题，也为网络的冗余性提供了方案

3、二层及三层环路

​

4、STP概述

STP用于局域网中消除环路，通过设备间交互信息发现环路并阻塞某些接口以消除环路。它持续监控网络状态，感知拓扑变更并自动响应，适应新的拓扑结构，保证网络可靠性。随着局域网规模增长，STP已成为最重要的局域网协议之一

二、STP的基本概念及工作原理

1、STP的基本概念

（1）桥ID

​

  • BID构成：由16位的桥优先级（Bridge Priority）与桥MAC地址构成，桥优先级需是4096倍数，且默认优先级是32768
  • 唯一性：每一台运行STP的交换机都拥有一个唯一的BID
  • 结构：BID中桥优先级占据高16bit，其余的低48bit是桥MAC地址
  • 根桥选举：在STP网络中，BID最小的设备会被选举为根桥

此处网桥（Bridge），或者桥也就是交换机

（2）根桥

​

  • STP树的树根：STP的主要作用之一是计算出一棵无环的"树"（STP树），根桥是这棵树的“树根”。
  • 拓扑计算参考点：根桥是STP计算得出的无环拓扑的“树根”，是生成树进行拓扑计算的重要“参考点”。
  • 根桥选举规则：
    • 在STP网络中，桥ID最小的设备会被选举为根桥。
    • 比较BID时，首先比较桥优先级，值越小越优先。
    • 如果优先级相等，则比较MAC地址，拥有最小MAC地址的交换机会成为根桥。
（3）Cost
  • Cost作用：每个激活了STP的接口维护一个cost值，用于计算到达根桥的根路径开销。
  • Cost影响因素：
    • 与接口的速率和工作模式有关。
    • 与交换机使用的STP Cost计算方法有关。
  • Cost与带宽关系：接口带宽越大，Cost值越小。
  • Cost调整：用户可以根据需要通过命令调整接口的cost。
（4）RPC

在STP中，根路径开销（RPC）是到达根桥的总成本，由沿途接口的Cost累加计算。RPC决定最佳路径选择，影响网络性能

（5（Port ID）

接口ID（Port ID，PID）：STP中用于标识交换机接口，主要用于选举指定接口。由接口优先级（高4位）和接口编号（低12位）构成。默认接口优先级通常为128，但用户可修改。

（6）BPDU

BPDU（Bridge Protocol Data Unit，网桥协议数据单元）：STP正常工作的基础，是STP的协议报文。STP交换机通过交互BPDU报文来交换重要信息，确保STP顺利进行。BPDU有两种类型：

  • 配置BPDU（Configuration BPDU）：STP进行拓扑计算的关键。
  • TCN BPDU（Topology Change Notification BPDU）：仅在网络拓扑发生变更时触发。

配置BPDU的报文格式：略

配置BPDU的比较原则：STP按以下顺序选择最优的配置BPDU：1、最小的根桥ID。2、最小的RPC。3、最小的网桥ID。4、最小的接口ID

配置BPDU的转发过程：

​

2、STP的计算过程

（1）选举根桥

​

  • 每个交换机发送配置BPDU，包含自己的桥ID。
  • 网络中桥ID最小的交换机成为根桥。
  • 根桥角色可抢占，建议提前规划并设置桥优先级为0。
（2）选举根接口

​

  • 非根桥选举一个接口为根接口，接收最优配置BPDU的接口（根路径开销（RPC）小）

  • 根接口是“朝向”根桥的接口

（3）选举指定接口

​

  • 非根桥使用根接口上的最优BPDU与其他接口的BPDU比较（比较原则见上）
  • 更优的为指定接口，否则为非指定接口
  • 根桥的所有接口通常都是指定接口
（4）阻塞非指定接口

非指定接口被阻塞，消除二层环路

​

3、STP的接口状态

​

4、STP的接口状态迁移

​

5、拓扑变化

（1）根桥故障
  • 当SW1（根桥）发生故障，停止发送BPDU报文，SW2等待Max Age计时器（20秒）超时，确认BPDU失效且无法接收到新的BPDU，意识到上游故障
  • 非根桥互相发送配置BPDU，启动新的根桥选举
  • 选举完成后，如SW3的A端口经过两个Forward Delay（15秒）时间恢复转发状态
  • 根桥故障导致网络恢复时间为约50秒，包括BPDU老化和新的根桥选举时间
（2）物理链路故障
  • 当交换机SW2检测到根端口的链路发生故障时，其备用端口会经过两倍的Forward Delay（即30秒）时间后进入用户流量转发状态
  • SW2在检测到直连链路物理故障后，会将预备端口转换为根端口
  • 直连链路故障后，备用端口将在30秒后恢复转发状态，从而实现流量的重新导向
（3）非物理链路故障

非直连链路故障后，sW3的备用端口恢复到转发状态，非直连故障会导致50s左右的恢复时间

6、拓扑改变导致MAC地址表错误

  • 网络拓扑结构变化可能引起MAC地址表不一致
  • 生成树协议（STP）通过阻塞某些端口来避免环路，拓扑变更时，这些端口状态改变可能导致MAC地址表更新
  • MAC地址漂移：拓扑改变后，原路径不可用，数据包可能通过新路径到达目的地，导致MAC地址表中记录的端口信息过时
  • 需要老化机制来清除过时的MAC地址条目，更新为新的有效路径
  • STP的TCN BPDU机制通知拓扑变化，触发重新收敛过程，修正MAC地址表

三、STP的基础配置

1、STP的基础配置命令

 --生成树工作模式[Huawei]stp mode { stp | rstp | mstp }​--(可选)配置根桥[Huawei]stp root primary--(可选)备份根桥[Huawei]stp root secondary--(可选)配置交换机的STP优先级[Huawei]stp priority /priority/     --缺省情况下,交换机取值是32768--(可选)配置接口路径开销[Huawei]stp pathcost-standard { dot1d-1998 | dot1t | legacy }--设置当前接口的路径开销值[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]stp cost /cost/​--(可选)配置接口优先级[Huawei-intf]stp priority /priority/    --默认128​--启动STP/RSTP/MSTP[Huawei]stp enable      --默认都是启用状态

2、案例

在下述三台交换机上部署STP，以便消除网络中的二层环路，通过配置，将SW1指定为根桥，并使SW3的G0/0/22接口被STP阻塞

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 --SW1配置:[SW1]stp mode stp[SW1]stp enable[SW1]stp priority 0​--SW2配置:[SW2]stp mode stp[SW2]stp enable[SW2]stp priority 4096​--SW3配置:[SW3]stp mode stp[SW3]stp enable

四、RSTP对STP的改进

1、STP的局限性

收敛速度慢、接口状态与角色区分不足、角色与状态的独立性、被动算法、BPDU传播

2、RSTP概述

RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol）是IEEE 802.1w标准定义的STP改进版本，具有更快的收敛速度且兼容STP。RSTP通过引入新接口角色优化了网络性能，包括替代接口和备份端口，以快速响应根接口失效并提供备份路径。状态从STP的5种缩减至3种，基于端口是否转发流量和学习MAC地址。此外，RSTP引入边缘接口概念，允许直接连接终端设备的接口快速进入转发状态，从而提高网络工作效率。

3、RSTP对STP的其他改进

配置BPDU处理优化、次等BPDU处理优化、配置BPDU格式改变、RSTP拓扑变化处理

4、端口角色不同

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5、边缘端口

不再与任何交换设备连接，位于整个域的边缘，这种端口叫做边缘端口，边缘端口一般与用户终端设备直接连接，可以由Disabled状态直接转到Forwarding状态

​

6、端口状态不同

  •  如果不转发用户流量也不学习MAC地址，那么接口状态就是Discarding状态
  • 如果不转发用户流量但是学习MAC地址，那么接口状态就是Learning状态
  • 如果既转发用户流量又学习MAC地址，那么接口状态就是Forwarding状态

五、生成树技术进阶

1、STP/RSTP缺陷

所有VLAN共享一颗生成树，因此无法在VLAN间实现数据流量的负载均衡，链路被阻塞后将不承载任何流量，还可能造成部分VLAN的报文无法转发

2、VBST：基于VLAN的生成树

华为公司提出的VBST (VLAN-Based Spanning Tree) 是一种基于VLAN的生成树解决方案。该方案允许不同VLAN间形成相互独立的生成树，使得不同VLAN内的流量可以沿着各自的生成树进行转发。这种机制可以实现流量的负载分担，提高网络的效率和可靠性

3、MSTP概述

  • MSTP将交换网络划分为多个域，每个域内形成多棵生成树，各生成树相互独立。
  • 每棵生成树称为一个多生成树实例（MSTI），即一组VLAN的集合对应的生成树。
  • 通过将多个VLAN捆绑到一个实例，节省通信开销和资源占用，实现负载均衡。
  • MSTP中各实例拓扑计算独立，VLAN的转发状态取决于接口在对应实例的状态。

4、堆叠与园区网络树形结构组网形态

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5、Smart Link

 学习永无止境，让我们共同进步！！  

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