生成树协议原理及配置
STP协议原理及配置
STP协议原理及配置STP协议原理及配置一、STP概述 STP（生成树协议）是一个二层管理协议。
在一个扩展的局域网中参与STP的所有交换机之间通过交换桥协议数据单元bpdu（bridge protocol data unit）来实现；为稳定的生成树拓扑结构选择一个根桥；为每个交换网段选择一台指定交换机；将冗余路径上的交换机置为blocking，来消除网络中的环路。
IEEE 802.1d是最早关于STP的标准，它提供了网络的动态冗余切换机制。
STP使您能在网络设计中部署备份线路，并且保证： * 在主线路正常工作时，备份线路是关闭的。
* 当主线路出现故障时自动使能备份线路，切换数据流。
rSTP（rapid spanning tree protocol）是STP的扩展，其主要特点是增加了端口状态快速切换的机制，能够实现网络拓扑的快速转换。
1.1 设置STP模式 使用命令config spanning-tree mode可以设置STP模式为802.1d STP或者802.1w rSTP. 1.2 配置STP 交换机中默认存在一个default STP域。
多域STP是扩展的802.1d，它允许在同一台交换设备上同时存在多个STP域，各个STP域都按照802.1d运行，各域之间互不影响。
它提供了一种能够更为灵活和稳定网络环境，基本实现在vlan中计算生成树。
1.2.1 创建或删除STP 利用命令create STPd和delete STPd可以创建或删除STP. 缺省的default STP域不能手工创建和删除。
1.2.2 使能或关闭STP 交换机中STP缺省状态是关闭的。
利用命令config STPd可以使能或关闭STP. 1.2.3 使能或关闭指定STP的端口 交换机中所有端口默认都是参与STP计算的。
使用命令config STPd port可以使能或关闭指定的ST P端口。
1.2.4 配置STP的参数 运行某个指定STP的STP协议后，可以根据具体的网络结构调整该STP的一些参数。
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_配置_实验报告
一、实验目的1. 理解生成树协议（STP）的基本原理和工作机制；2. 掌握生成树协议的配置方法；3. 通过实验验证生成树协议在网络中的实际应用效果。
二、实验环境1. 实验设备：两台华为S5700交换机、两台PC机；2. 实验软件：华为网络设备仿真软件；3. 实验拓扑：两台交换机通过一条物理链路连接，两台PC机分别连接到两台交换机上。
三、实验原理生成树协议（Spanning Tree Protocol，STP）是一种用于在网络中消除环路并实现冗余链路备份的协议。
当网络中出现环路时，STP会阻塞部分端口，形成一个没有环路的树形结构，确保网络的高可用性和容错能力。
STP通过交换机之间的BPDU（Bridge Protocol Data Unit）报文进行信息交互，选举根网桥，并确定每个交换机的根端口和指定端口。
根端口是连接到根网桥的端口，指定端口是连接到同一VLAN且路径最短的端口。
其余端口被阻塞，不参与数据转发。
四、实验步骤1. 配置交换机名称和密码；2. 配置交换机接口；3. 配置VLAN；4. 配置STP；5. 验证STP配置效果。
五、实验过程1. 配置交换机名称和密码```bashS1>display versionS1>sysname S1S1>display versionS1>enableS1#configure terminalS1(config)#username admin password simple 123456 S1(config)#exit```2. 配置交换机接口```bashS1>display ip interface briefS1#interface GigabitEthernet0/0/1S1(config-if)#ip address 192.168.1.1 24S1(config-if)#exitS1#interface GigabitEthernet0/0/2S1(config-if)#ip address 192.168.1.2 24S1(config-if)#exit```3. 配置VLAN```bashS1>display vlanS1#vlan 10S1(config-vlan)#name VLAN10S1(config-vlan)#exitS1#interface GigabitEthernet0/0/1S1(config-if)#port link-type access S1(config-if)#port default vlan 10 S1(config-if)#exitS1#interface GigabitEthernet0/0/2S1(config-if)#port link-type access S1(config-if)#port default vlan 10 S1(config-if)#exit```4. 配置STP```bashS1>display stpS1#stpmode stpS1>display stpS1#interface GigabitEthernet0/0/1S1(config-if)#port link-type access S1(config-if)#port default vlan 10 S1(config-if)#exitS1#interface GigabitEthernet0/0/2S1(config-if)#port link-type access S1(config-if)#port default vlan 10S1(config-if)#exit```5. 验证STP配置效果```bashS1>display stpS1>display stp interface GigabitEthernet0/0/1S1>display stp interface GigabitEthernet0/0/2S1>ping 192.168.1.2```六、实验结果与分析1. 实验结果通过实验，成功配置了生成树协议，并验证了STP在网络中的实际应用效果。
STP协议解析生成树协议的工作原理
STP协议解析生成树协议的工作原理生成树协议（Spanning Tree Protocol，STP）是一种用于网络交换机之间建立冗余链路的协议，它的作用是确保网络中不存在环路，以提高网络的可靠性和稳定性。
本文将对STP协议进行解析，并介绍其工作原理。
一、STP协议简介STP协议是由IEEE 802.1D标准定义的一种链路层协议，用于在网络交换机之间建立一个逻辑上无环路的生成树（Spanning Tree），通过将某些端口设为阻塞状态来消除冗余链路，从而避免广播风暴和数据包的循环转发。
二、STP协议的工作原理1. 桥ID和优先级STP协议中，每个交换机都有一个唯一的Bridge ID（桥ID）用于标识自己，桥ID由优先级和MAC地址组成。
优先级取值范围为0~65535，MAC地址为交换机的物理地址。
生成树的根交换机拥有最小的桥ID。
2. 选举根交换机在网络中，首先进行根交换机的选举。
每个交换机发送BPDU （Bridge Protocol Data Unit）消息，其中包含了自己的桥ID和路径代价（Path Cost）。
路径代价是指从发送BPDU的交换机到根交换机的总路径长度，路径长度越短，路径代价越小。
接收到BPDU的交换机会与自己的桥ID进行比较，如果接收到的BPDU的桥ID更小或者路径代价更小，则将接收到的BPDU继续发送给其他交换机。
3. 生成树计算生成树计算阶段，交换机通过比较收到的BPDU中的桥ID和路径代价来确定到达根交换机的最佳路径，将其端口状态设置为指定端口（Designated Port），用于与其他交换机进行通信。
同时，选举出的根交换机的端口也设置为指定端口。
如果有多条路径具有相同的最小路径代价，则选择桥ID较小的那个路径。
4. 阻塞冗余链路生成树计算完成后，除了根交换机和指定端口以外的所有其他端口都将被设置为阻塞状态（Blocking State），这样就实现了环路的消除。
stp生成树协议的基本配置
stp生成树协议的基本配置一、背景介绍STP（Spanning Tree Protocol）生成树协议是一种用于构建冗余网络的协议，它可以避免网络中出现环路，从而保证数据的可靠传输。
在网络拓扑结构发生变化时，STP能够自动调整生成树，确保网络的高可用性和稳定性。
二、STP基本概念1. 根桥：生成树中拥有最小桥ID的交换机。
2. 桥ID：由优先级和MAC地址组成。
3. 桥优先级：由管理员配置，范围为0-65535，默认值为32768。
4. 桥端口：连接到其他交换机或主机的物理端口。
5. 桥端口状态：指桥端口在生成树中的状态，包括阻塞、学习和转发三种状态。
三、STP配置步骤1. 配置桥优先级在一个LAN（Local Area Network）中，只有一个交换机能够被选举为根桥。
因此，在配置STP之前需要确定哪个交换机将被选举为根桥。
管理员可以通过配置桥优先级来控制交换机被选举为根桥的可能性。
具体操作如下：Switch(config)#spanning-tree vlan 1 priority 245762. 配置端口类型在STP中，每个端口都有一个状态。
在初始状态下，所有端口都处于阻塞状态。
管理员需要将交换机的端口配置为不同的类型，以便根据网络拓扑结构自动调整生成树。
具体操作如下：Switch(config)#interface gigabitethernet 1/0/1Switch(config-if)#spanning-tree portfast3. 配置端口优先级当STP计算生成树时，它将考虑每个桥的桥ID和每个桥的端口优先级。
如果两个桥ID相同，则会比较它们的端口优先级。
管理员可以通过配置端口优先级来控制交换机被选举为根桥的可能性。
具体操作如下：Switch(config)#interface gigabitethernet 1/0/1Switch(config-if)#spanning-tree port-priority 1284. 配置边缘端口边缘端口是连接到终端设备（如计算机、服务器或IP电话）的交换机物理接口。
实验五：生成树协议
一、生成树协议（STP，Spanning Tree Protocol）STP的主要任务是阻止在第2层网络（网桥或交换机）上产生网络环路。
它警惕地监视着网络中的所有链路，通过关闭任何冗余的接口来确保在网络中不会产生环路。
STP采用生成树算法（STA），它首先创建一个拓扑数据库，然后搜索并破坏掉冗余的链路。
运行STA算法之后，帧就只能被转发到保险的有STP挑选出来的链路上。
生成树协议目前常见的版本有STP（生成树协议IEEE802.1d）、RSTP(快速生成树协议IEEE802.1w)、MSTP（多生成树协议IEEE802.1s）。
注：STP是第2层协议，用来维护一个无环路的交换式网络。
生成树术语：根桥（Root brigde）：根桥是桥ID最低的网桥。
对于STP来说，关键的问题是为网络中所有的交换机推选一个根桥，并让根桥成为网络中的焦点。
在网络中，所有其他的决定-比如哪一个端口要被阻塞，哪一个端口要被置为转发模式-都是根据根桥来判断来做出选择的。
BPDU（桥协议数据单元）：所有交换机之间都交换信息，并利用这些信息来选出根交换机，也根据这些信息来进行网络的后续配置。
每台交换机都对桥协议数据单元（Bridge Protocol Data Unit）中的参数进行比较，它们将BPDU传送给某个邻居，并在其中放如入它们从其他邻居那里收到的BPDU。
桥ID（Bridge ID）：STP利用桥ID来跟踪网络中的所有交换机。
桥ID是由桥优先级（在所有Cisco交换机上，默认的优先级为32768）和MAC地址的组合来决定的。
非根桥（Nonroot bridge）：除了根桥外，其他所有的网桥都是非根桥。
它们相互之间都交换BPDU，并在所有交换机上更新STP拓扑数据库，以防止环路并对链路失效采用补救措施。
端口开销（Port cost）：当两台交换机之间有多条链路且都不是根端口时，就根据端口开销来决定最佳路径，链路的开销取决于链路的带宽。
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。
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确定最小路径开销cost
确定最小发送网桥ID 确定最小发送端口ID
13
最短路径的选择
比较开销选择路径
比较本交换机到达根交换机路径的开销，选择开销最小的路径
带宽
10Mbps 100Mbps
IEEE802.1d 100 19
IEEE802.1t 2000000 200000
Switch(config)#
Spanning-tree mode stp/rstp/mstp
– 锐捷全系列交换机默认使用MSTP协议
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生成树协议的配置（续）
• 配置交换机优先级
Switch(config)#
spanning-tree priority <0-61440>
– “0”或“4096”的倍数、共16个,缺省32768。 • 恢复到缺省值
冗余设计-设计出强壮的网络架构
双设备
热备 单星型拓扑
容易出现单点故障， 可靠性较差。 解决方案
硬件
设备 冷备 链路：
双模块
双星型拓扑 可靠性较高，达到 五个九的高可用性。
1
软件/协议冗余设计：VRRP、聚合端口、路由协议的实施
生成树协议原理及配置
技术培训中心
2
教学目标 通过本章学习使学员能够:
1.掌握STP及RSTP技术原理 2.掌握STP及RSTP基本配置 3.掌握RSTP在实际网络中的应用 4.掌握MSTP的原理和实施技术
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RSTP改进一
RootBridge
根端口 备份端口
指定端口
替换端口
新的端口角色的引入 备份端口(BackupPort)：DesignatePort的备份口，当一个网桥有两个 端口都连在一个LAN上，那么高优先级的端口为DesignatedPort，低 优先级的端口为Backup Port。
41
44
RSTP与STP的区别
协议版本不同 端口状态转换方式不同 配置消息报文格式不同 拓扑改变消息的传播方式不同
注意，RSTP也是在整个交换网络应用单生成树实例，不能解决由于网 络规模增大带来的性能降低问题。建议网络直径最好不要超过7
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生成树协议的配置（续）
• 配置交换机端口的优先级
Switch(config-if)#
spanning-tree port-priority number
– 端口优先级可配置范围为0或16的整数倍，共 16个，最大值为240，默认优先级为128。
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生成树协议的配置（续）
• 配置交换机优先级和端口优先级范例
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生成树协议的配置（续）
• 配置bpdu-guard
Switch(config-if)#
spanning-tree bpduguard enable Bpdu-guard特性防止非法交换机的接入,保护拓扑.如果在配置了该特性的接 口上收到了BPDU,则接口会进入Error-disabled状态,可通过手工配置errdisable recovery命令恢复接口
收到TC BPDU的交换机将MAC地址表清空
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5、生成树协议的配置
• 开启生成树协议－锐捷默认生成树协议是关闭的
Switch(config)#
Spanning-tree
• 关闭生成树协议－锐捷默认生成树协议是关闭的
Switch(config)#
no Spanning-tree
• 配置生成树协议的类型
1000Mbps
10Gbps
4 2
20000 2000
14
STP初始化收敛
• • • •
选择根网桥 在非根网桥上选择根端口 在每一个网段上选择一个指定端口 阻塞剩余端口
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3、BPDU报文结构
DMA SMA L/T LLC Header Payload
项目
字节
2 1 1 1 8 4 8 2 2 2 2 2
IEEE802.1W，MSTP-IEEE 802.1S
6
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
7
课程议题
一、STP技术原理
8
STP议题
1、STP协议的作用与应用场景 2、STP工作原理
16
0x01-80-c2-00-00-00
协议ID 版本号 报文类型 标记域 根网桥ID 根路径成本 发送网桥ID 端口ID 报文老化时间 最大老化时间 访问时间 转发延迟
L/T：帧长 LLC Βιβλιοθήκη eader ：BPDU帧固定的链路头。
值为：0x424203
Payload ： BPDU数据
端口状态
生成树端口的四种状态
21
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
spanning-tree forward-time seconds Forward-Delay Time为BPDU报文扩散到全网中的时间，默认时间是15秒， 通过配置可修改，取值范围是4到30秒
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生成树协议的配置（续）
• 配置Max-Age Time
Switch(config)#
spanning-tree max-age seconds Max-Age Time 为BPDU报文的最大生存时间，默认值是20秒，可以通过配置 修改，取值范围是6到40秒
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生成树协议的配置（续）
• 配置Hello Time
Switch(config)#
spanning-tree hello-time seconds 根交换机发送BPDU报文的默认时间是2秒，通过配置可修改，取值范围是110秒。
• 配置Forward-Delay Time
Switch(config)#
20
30秒， C产生TCN 次佳BPDU 10秒＋30秒， C产生TCN
TCN BPDU(Topology Change Notification )
当有以下几种情况出现时交换机发送TCN BPDU报文
– 处于转发状态或监听状态的端口，状态变为阻塞 – 处于未启用状态的端口进入转发状态，并且交换机上有其他的转 发端口 – 交换机从指定端口收到TCN BPDU报文 简单的来说就是端口的up/down就会导致交换机发TCN BPDU 发给上游交换机，发到根桥那里去
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生成树协议的配置（续）
• Spanning Tree 的缺省配置： – 关闭STP – STP Priority 是32768 – STP port Priority 是128 – STP port cost 根据端口速率自动判断 – Hello Time 2秒 – Forward-delay Time 15秒 – Max-age Time 20秒 – 可通过spanning-tree reset 命令让spanning tree参数恢复到缺省 配置
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生成树协议的配置（续）
• 配置portfast
Switch(config-if)#
spanning-tree portfast Portfast特性会使端口直接进入Forwarding,但会因为收到BPDU而使该特性时 效,从而使端口进行正常的STP算法后进入Forwarding,通常结合BPDUGUARD 特性使用.
3
课程议题
生成树起源
4
生成树综述
生成树协议的产生背景
LAN 1
存在单点故障 冗余的设计又会带来环 路,导致广播风暴
LAN 2
5
生成树综述
生成树协议的分类
•生成树协议的分类，按照产生的时间先后顺序为STP、RSTP、 MSTP
生成树协议所遵循的IEEE标准
• 三种生成树所遵循的IEEE标准分别为STP-IEEE 802.1d，RSTP-
3、配置消息（BPDU）的报文格式
4、网络拓扑变化时STP的收敛过程 5、STP的配置与实施
9
1、什么是STP协议，它的作用是什么
• STP （spanning-tree-protocol）是交换 机通过某种特定算法来逻辑阻塞物理冗余 网络中某些接口，以达到避免数据转发循 环，生成无环路拓扑的一种二层协议。
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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。
– Blocking • 接收BPDU，不学习MAC地址，不转发数据帧 – Listening • 接收BPDU,不学习MAC地址，不转发数据帧，但交换机向其 他交换机通告该端口，参与选举根端口或指定端口 – Learning • 接收BPDU,学习MAC地址，不转发数据帧 – Forwarding • 正常转发数据帧
RSTP改进二
SW1
proposal agree
SW2
根端口
指定端口
指定端口可以通过与相连的网桥进行一次握手，快速进入转发状态。
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RSTP改进三
边缘端口，不可 能产生环路
网络边缘的端口，即直接与终端相连，而不是和其他网桥相连的端口可以 直接进入转发状态，不需要任何等待时延。