生成树协议原理与配置共46页
生成树协议原理
生成树协议原理生成树协议是一种基于链路层的协议，它通常在以太网交换机上实现，用于管理以太网局域网中的网络拓扑。
生成树协议的工作原理是通过使用一个根桥（Root Bridge）和多个非根桥（Non-Root Bridge）来建立一颗树状结构，以确保网络中没有环路存在。
生成树协议的核心算法是通过一种称为生成树算法（Spanning Tree Algorithm）来找到从根桥到每个非根桥的最短路径，从而构建一颗最小生成树。
最小生成树是一种能够连接所有节点并且没有环路的树状结构，它是生成树协议的基础，用于确定网络中数据包的传输路径。
生成树协议的工作流程包括以下几个关键步骤：1. 选择根桥：在网络中通过比较桥（Bridge）的优先级和MAC地址来确定根桥，根桥是生成树中的根节点，所有数据包都将通过根桥进行转发。
2. 计算生成树：每个非根桥通过生成树算法计算到根桥的最短路径，确定自己在生成树中的位置，并将该信息传播到整个网络中。
3. 确定端口状态：每个桥根据生成树信息确定哪些端口可以用于数据包的传输，哪些端口需要阻断以避免环路的产生。
4. 更新生成树：在网络拓扑发生变化时，生成树协议会重新计算生成树，并更新每个桥的状态，重新确定最佳路径。
5. 数据包转发：根据生成树确定的路径，数据包会被从源地址传输到目的地址，通过生成树结构保证数据包的正常传输。
生成树协议的优点是可以有效避免数据包在网络中的循环传输，提升网络通信的稳定性和可靠性。
生成树协议能够自动适应网络拓扑的变化，快速重新计算生成树，并重新确定最佳传输路径，从而保证网络快速恢复到正常状态。
然而，生成树协议也存在一些局限性。
生成树协议在网络中设置大量的桥和端口时，会造成网络拓扑复杂，生成树的计算和更新会消耗大量的网络资源。
此外，生成树协议需要在所有交换机上进行配置和管理，当网络规模较大时，配置和管理网络可能会变得困难。
为了解决生成树协议的一些局限性，IEEE制定了一系列的生成树协议标准，包括802.1D、802.1w和802.1s等。
交换机生成树协议的基本原理
交换机生成树协议的基本原理
交换机生成树协议（STP）的基本原理基于树的生长方式，旨在避免网络中
的环路。
通过定义根桥（Root Bridge）、根端口（Root Port）、指定端
口（Designated Port）和路径开销（Path Cost）等概念，STP协议通过
构造一棵自然树的方法达到剪裁冗余环路的目的，同时实现链路备份和路径最优化。
STP协议通过交换机之间的信息交流，这些信息交流单元称为配置消息BPDU（Bridge Protocol Data Unit）。
STP BPDU为二层报文数据区携带了用于生成树计算的所有有用信息，所有支持STP协议的交换机都会接收
并处理收到的BPDU报文。
当某个端口长时间不能接收到配置报文的时候，交换机认为端口的配置超时，网络拓扑可能已经改变，此时重新计算网络拓扑并重新生成一棵树。
STP协议基于Radia Perlman在DEC工作时发明的一种算法，被纳入了IEEE 标准中。
为了提高收敛速度，IEEE组织推出了快速生成树协议（RSTP），在网络结构发生变化时比STP更快的收敛网络，还引进了端口
角色来完善了收敛机制，被纳入在IEEE 标准中。
更多信息可以查阅相关资料或者咨询计算机专业技术人士了解。
生成树协议原理及配置
RSTP改进一
RootBridge
根端口
指定端口
阻塞端口
当拓扑发生改变时，在新拓扑中的根端口可以立刻进入转发状态
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RSTP改进一
RootBridge
根端口
指定端口
替换端口
新的端口角色的引入 替换端口(AlternatePort ):根端口的备份口，一旦根端口失 效，该口就立刻变为根端口。
IEEE802.1W，MSTP-IEEE 802.1S
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学习目标
• 1、掌握STP、RSTP、MST原理及配置实 施技术 • 2、理解二层交换网络的收敛与生成树协议 有关 • 3、理解数据在二层交换网络中走的路径与 生成树协议有关
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课程议题
一、STP技术原理
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STP议题
1、STP协议的作用与应用场景 2、STP工作原理
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TCN BPDU的作用－加快mac表的超 时以更新转发表项
当网络拓扑发生变化时，交换机会从自己的根端口向外发 送TCN BPDU报文 接收到TCN BPDU报文的交换机向发送者发送TCA报文 标识对TCN的确认 根交换机接收到TCN BPDU报文向网络中发送TC BPDU 标识拓扑变化
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RSTP协议概述
RSTP（快速生成树协议）是从STP发展而来， 实现的基本思想一 致；
RSTP具备STP的所有功能； RSTP改进的目的就是当网络拓扑结构发生变化时，尽可能快的恢 复网络的连通性。
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RSTP的端口状态与端口角色
端口角色
Root Port：与STP中的根端口概念一致。 Designated Port：与STP中的指定端口概念一致。
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DCN-TS06 生成树协议原理和配置
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课程内容
第一章 生成树产生的背景 第二章 STP、RSTP协议原理 STP、RSTP协议原理 第三章 MSTP协议原理 MSTP协议原理 第四章 生成树配置及案例
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RSTP与STP端口状态对比 与 端口状态对比
STP端口状态 端口状态 禁用 阻塞 侦听 学习 转发 RSTP端口状态 端口状态 丢弃 丢弃 丢弃 学习 转发
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该端口是否包含 在活动拓扑中？ 在活动拓扑中？ 否 否 否 否 是
该端口是否学习 MAC地址？ 地址？ 地址 否 否 否 是 是
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STP算法基本原理 算法基本原理
网桥之间通过互相传递BPDU交互信息 交互信息 网桥之间通过互相传递 根据BPDU提供的信息，通过下列措施避免环路 提供的信息， 根据 提供的信息
• 从参加计算的所有网桥中，选出一个作为根桥 从参加计算的所有网桥中， • 为每个非根网桥选择一个根端口，该端口到根桥的路径是此网桥 为每个非根网桥选择一个根端口， 到根桥的最佳路径 • 为每个物理段选出离根桥最近的那个网桥作为指定网桥，该指定 为每个物理段选出离根桥最近的那个网桥作为指定网桥， 网桥到该物理段的端口作为指定端口， 网桥到该物理段的端口作为指定端口，负责所在物理段上的数据 转发 • 既不是指定端口也不是根端口的端口置于阻塞状态
•
L/T:帧长 帧长 LLC Header:配置消息固定的链路头 配置消息固定的链路头 Payload:BPDU数据 数据
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BPDU交互过程 交互过程
当一个网桥第一次被激活时，其上所有端口每隔 秒 当一个网桥第一次被激活时，其上所有端口每隔2秒（默认 Hello Time）发送一次 ）发送一次BPDU 网桥将各个端口收到的BPDU和自己的 和自己的BPDU做比较，得出优 做比较， 网桥将各个端口收到的 和自己的 做比较 先级最高的BPDU 先级最高的 网桥用优先级最高的BPDU更新本身的 更新本身的BPDU，完成以下主要 网桥用优先级最高的 更新本身的 ， 工作： 工作：
STP 生成树协议配置
STP 生成树协议配置协议名称：STP（生成树协议）配置协议描述：STP（生成树协议）是一种用于在以太网中防止环路形成的协议。
通过选择一个主要的路径，将其他冗余路径阻塞，STP确保网络中的数据流动是无环的，从而提高网络的可靠性和性能。
本协议旨在提供关于STP配置的详细指南，以确保网络的正常运行。
1. 协议范围：本协议适用于所有需要配置STP的网络设备，包括交换机、路由器等。
2. 配置要求：2.1 每个网络设备必须支持STP功能。
2.2 每个网络设备必须有唯一的桥ID（Bridge ID），由优先级（Priority）和MAC地址组成。
2.3 每个网络设备必须配置相同的STP版本。
3. 配置步骤：以下是配置STP的详细步骤：步骤1：确定根桥3.1 在网络中选择一个设备作为根桥，其桥ID优先级最低。
3.2 在根桥上配置STP版本和相关参数。
步骤2：配置其他设备3.3 在其他设备上配置STP版本和相关参数。
3.4 确保每个设备的桥ID唯一且优先级适当设置。
步骤3：配置端口3.5 配置每个设备的端口类型（Root、Designated或Non-designated）。
3.6 配置每个端口的优先级和成本。
步骤4：验证配置3.7 验证STP配置是否成功。
3.8 检查网络中的链路状态和端口状态。
4. 配置参数详解：以下是STP配置中常用的参数及其详细说明：4.1 STP版本：STP有多个版本，包括STP、RSTP（快速生成树协议）和MSTP（多实例生成树协议）。
根据网络需求选择适当的版本。
4.2 桥ID优先级：桥ID由优先级和MAC地址组成，优先级范围从0到61440，默认值为32768。
优先级越低，设备越有可能成为根桥。
4.3 端口类型：4.3.1 Root端口：在每个非根设备上选择一条与根桥相连的最佳路径，用于转发数据。
4.3.2 Designated端口：在每个网络段上选择一条与根桥相连的最佳路径，用于转发数据。
STP生成树原理和配置
STP生成树原理和配置STP（Spanning Tree Protocol）是生成树协议的英文缩写。
该协议可应用于环路网络，通过一定的算法实现路径冗余，同时将环路网络修剪成无环路的树型网络，从而避免报文在环路网络中的增生和无限循环。
STP的基本原理是，通过在交换机之间传递一种特殊的协议报文（在IEEE 802.1D中这种协议报文被称为“配置消息”）来确定网络的拓扑结构。
配置消息中包含了足够的信息来保证交换机完成生成树计算。
生成树协议STP/RSTP1. 技术原理：STP的基本思想就是生成“一棵树”，树的根是一个称为根桥的交换机，根据设置不同，不同的交换机会被选为根桥，但任意时刻只能有一个根桥。
由根桥开始，逐级形成一棵树，根桥定时发送配置报文，非根桥接收配置报文并转发，如果某台交换机能够从两个以上的端口接收到配置报文，则说明从该交换机到根有不止一条路径，便构成了循环回路，此时交换机根据端口的配置选出一个端口并把其他的端口阻塞，消除循环。
当某个端口长时间不能接收到配置报文的时候，交换机认为端口的配置超时，网络拓扑可能已经改变，此时重新计算网络拓扑，重新生成一棵树。
2. 功能介绍：生成树协议最主要的应用是为了避免局域网中的网络环回，解决成环以太网网络的“广播风暴”问题，从某种意义上说是一种网络保护技术，可以消除由于失误或者意外带来的循环连接。
STP也提供了为网络提供备份连接的可能，可与SDH保护配合构成以太环网的双重保护。
新型以太单板支持符合ITU-T 802.1d标准的生成树协议STP及802.1w规定的快速生成树协议RSTP，收敛速度可达到1s。
但是，由于协议机制本身的局限，STP保护速度慢（即使是1s的收敛速度也无法满足电信级的要求），如果在城域网内部运用STP技术，用户网络的动荡会引起运营商网络的动荡。
目前在MSTP 组成环网中，由于SDH保护倒换时间比STP协议收敛时间快的多，系统采用依然是SDH MS-SPRING或SNCP，一般倒换时间在50ms以内。
STP 生成树协议配置
STP 生成树协议配置协议名称：STP（生成树协议）配置协议一、背景介绍：STP（生成树协议）是一种网络协议，用于在网络中自动选择最佳路径，防止网络中的环路，确保数据的快速传输和网络的稳定性。
本协议旨在详细描述STP的配置过程，以确保网络管理员能够正确地配置STP，并确保网络的正常运行。
二、配置步骤：1. 确认网络拓扑：在开始配置STP之前，需要确认网络拓扑，并了解网络中的交换机和链路的连接关系。
2. 选择根桥：在网络中选择一个交换机作为根桥，根桥是整个生成树的根节点，负责决定最佳路径。
3. 配置根桥：将选择的交换机配置为根桥，可以通过以下步骤完成：a. 登录到根桥的管理界面。
b. 进入交换机的全局配置模式。
c. 使用命令"spanning-tree vlan <vlan-id> root primary"将该交换机配置为根桥。
其中，<vlan-id>为需要配置的VLAN ID。
4. 配置非根桥：非根桥是网络中除根桥外的其他交换机，需要通过以下步骤配置：a. 登录到非根桥的管理界面。
b. 进入交换机的全局配置模式。
c. 使用命令"spanning-tree vlan <vlan-id> root secondary"将该交换机配置为非根桥。
其中，<vlan-id>为需要配置的VLAN ID。
5. 配置端口：配置交换机上的端口，以确保生成树的正常运行。
可以通过以下步骤完成：a. 登录到交换机的管理界面。
b. 进入端口配置模式。
c. 使用命令"spanning-tree portfast"将端口配置为快速端口，以加快端口的状态转换。
d. 使用命令"spanning-tree bpdufilter enable"将端口配置为BPDU过滤模式，以防止BPDU报文的传输。
6. 验证配置：配置完成后，需要验证STP的配置是否成功。
STP 生成树协议配置
STP 生成树协议配置协议名称：STP（生成树协议）配置协议1. 引言本协议旨在详细描述STP（生成树协议）的配置步骤和相关参数，以确保网络中的交换机能够正确地生成和维护一棵生成树，从而实现网络的高可靠性和冗余。
2. 背景STP是一种链路层协议，用于在网络中选择一条最佳路径，并防止环路的发生。
它通过选择一个根交换机，并将其他交换机配置为根交换机的子交换机，从而构建一棵生成树。
生成树上的所有链路都处于活动状态，而其他链路则被阻塞，以避免环路的产生。
3. 配置步骤以下是STP配置的详细步骤：步骤1：确定根交换机在网络中选择一个根交换机，通常选择具有最低优先级的交换机作为根交换机。
如果优先级相同，则选择具有最低MAC地址的交换机作为根交换机。
步骤2：配置根交换机将根交换机的优先级设置为最低值，并将其端口设置为根端口。
步骤3：配置其他交换机将其他交换机的优先级设置为较高值，并根据网络拓扑将合适的端口设置为根端口、非根端口或替代端口。
步骤4：启用STP在每个交换机上启用STP功能，并确保所有交换机上的STP版本一致。
步骤5：验证配置使用适当的命令验证STP配置是否正确，并确保生成树已正确生成。
4. 相关参数以下是STP配置中常用的参数：4.1 优先级（Priority）优先级用于确定根交换机。
优先级的范围是0-61440，步长为4096。
默认值为32768。
4.2 MAC地址（MAC Address）MAC地址用于确定根交换机。
MAC地址较低的交换机将成为根交换机。
4.3 端口状态（Port State）端口状态包括根端口（Root Port）、非根端口（Designated Port）和替代端口（Alternate Port）。
根端口是与根交换机相连的端口，非根端口是与其他交换机相连的端口，替代端口是备用的非根端口。
4.4 Hello时间（Hello Time）Hello时间是交换机发送STP消息的时间间隔。
STP原理与配置
端口开启
端口禁用
Listening 1
2
3
端口禁用
2
Blocking
3 2
Forwarding
端口禁用
端口禁用
Learning
Page11
端口状态描述
端口状态
Disable 未启用
Blocking 阻塞状态
Listening 侦听状态
Learning 学习状态
Forwarding 转发状态
描述
此状态下端口不转发数据帧，不学习MAC地址表，不参与生成树 计算。
SWB
LANC
SWC
32768. 00e0-fc41-43b9
LAND
LANE
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生成树基本计算过程－选举网段的指定端口
Root LANA的指定端口
SWA
32768. 00e0-fc16-ee43
LANB的指定端口
LANA
LANB
SWB
32768. 00e0-fc41-4259
LANC
LAND的指定端口
SWB
LANA
LANB
LANC
SWC
32768. 00e0-fc41-43b9
LAND
LANE
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生成树基本计算过程－选举非根交换机的根端口
Root Bridge
SWA
32768. 00e0-fc16-ee43
Root Port
32768. 00e0-fc41-4259
LANA
LANB
Root Port
BPDU Type Flags
Root Identifier Root Path Cost Bridge Identifier Port Identifier Message Age
生成树协议原理及配置
生成树协议原理及配置生成树协议（Spanning Tree Protocol，STP）是一种用于防止网络中的循环路径和数据包冲突的协议。
它的目标是通过选择网络中的一个根桥，从而建立一个无环的生成树，从而实现网络的冗余和可靠性。
生成树协议的原理是通过选举根桥、计算最短路径和禁用冗余链路来实现。
当网络中有多个桥接设备连接时，生成树协议会选择一个设备作为根桥。
根桥的选择通常基于桥优先级和MAC地址。
然后，生成树协议会在网络中计算出一条最短路径，以使所有设备都能通过该路径与根桥通信。
生成树协议还会根据冗余链路的代价来禁用一些链路，以防止循环路径的出现。
1.桥优先级和MAC地址：生成树协议通过比较桥的优先级和MAC地址来选择根桥。
通常情况下，优先级较低的桥将成为根桥。
可以通过手动配置桥的优先级来控制根桥的选择。
2.连接参数：生成树协议需要配置桥接设备之间的连接参数。
包括端口优先级、端口状态（开启或关闭）和端口成本。
这些参数将影响最短路径的选择和冗余链路的禁用。
3. BPDU（Bridge Protocol Data Unit）：BPDU是生成树协议中用于交换信息和进行状态更新的数据包。
生成树协议需要配置BPDU的发送和接收规则。
通常情况下，桥接设备会定期发送BPDU，以更新网络状态并检测循环路径。
4.禁用冗余链路：生成树协议会根据链路的代价禁用一些冗余链路，以防止循环路径的出现。
链路的代价通常基于链路的速度或带宽。
可以通过手动配置链路的代价来控制冗余链路的禁用。
5. STP版本：生成树协议有多个版本，如STP、RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol）和MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol）。
不同版本的生成树协议具有不同的特性和性能。
配置时需要根据网络的需求选择合适的版本。
在实际应用中，生成树协议的配置通常需要在网络设备上进行。
网络管理员可以通过命令行界面或图形化界面来配置生成树协议的各个参数。