STP生成树技术
stp原理
stp原理STP原理，又称生成树协议（Spanning Tree Protocol），是一种网络协议，用于在局域网中防止网络环路形成，并确保网络的高可用性和稳定性。
在一个局域网中，如果存在多个交换机或桥接设备之间的互连，可能会导致网络环路的形成。
这样的环路会导致数据包在网络中不断循环，从而造成网络拥塞和冲突，严重影响网络性能和通信质量。
因此，STP原理的提出是为了避免这种局域网环路带来的问题。
STP原理的核心思想是通过建立一棵生成树，选择出一个主干路径，将其他冗余环路禁用。
生成树的选择遵循一套算法，其中最常用的是IEEE 802.1D标准中的STP算法。
该算法使用了一种叫做最小费用生成树（Minimum Spanning Tree，MST）的算法来确定主干路径。
STP算法的实现包括了三个主要步骤：选举根桥、计算最短路径和禁用多余链接。
首先，STP原理通过选举根桥的方式确定整个网络中的根桥，根桥是生成树的根节点。
根据规则，桥设备的优先级和MAC地址都可以影响根桥的选举结果。
接下来，生成树中的每个桥设备将计算到根桥的最短路径。
每个桥设备根据收到的BPDU（Bridge Protocol Data Unit）信息来计算路径的开销，开销越小代表路径越短。
通过比较开销的大小，可以确定生成树中的每一条链路。
最后，根据计算结果，STP原理会禁用多余的链路，即非生成树链路。
这样，网络环路就被消除了，数据包只会在生成树上进行转发，从而避免了冲突和拥塞的问题。
需要注意的是，STP原理并不是一种完美的解决方案。
由于生成树的计算和链路禁用需要一定的时间，因此在网络发生拓扑变化时，会导致生成树的重新计算和链路的重新配置，从而引起网络的短暂中断。
此外，STP原理不能解决所有的环路问题，特别是当网络拓扑比较复杂时。
因此，在实际应用中，还需要结合其他技术和协议来进一步优化网络的性能和可用性。
STP(生成树协议讲解)
Alternate端口：端口的配置BPDU 在其所属链路上不是最优的，且端 口不是根端口
端口角色确定过程
SWA BID=0.MACA
100M Path cost = 200
1 Gig Path Cost = 20
2 Gig 聚合 Path cost = 18
– 桥优先级：高16位 (0~65535,默认32768) – 优先级（16bit） = 4Bit 桥优先级 + 12Bit 扩展系统ID – MAC地址：低48位
桥优先级
2字节
桥ID
桥MAC地址
6字节
路径开销（Path Cost）
路径开销用于衡量桥与桥之间路径 的优劣
STP中每条链路都具有开销值
SWC BID=32768.MACC
端口角色确定过程（续）
SWA BID=0.MACA
我是根桥 RPC=0
SWA是根桥 RPC=38
RPC=38
RPC=18
SWA是根桥 RPC=18
SWB BID=8192.MACB
SWA是根桥 RPC=218
SWC BID=32768.MACC
RPC=218
SWD BID=4096.MACD
端口角色确定过程（续）
SWA BID=0.MACA
SWB BID=8192.MACB
Root ID =0.MACA RPC=18
SWC BID=32768.MACC
SWD BID=4096.MACD
端口角色确定过程（续）
SWA BID=0.MACA
我是根桥 RPC=0
SWA是根桥 RPC=38
RPC=38
生成树STP基本概念与实验
二层交换：生成树STP基本概念与实验如果你把两台傻瓜式交换机之间连两根网线，那么这俩交换机就会出现环路从而产生广播风暴。
可能你会觉得好笑，但实际工作中，我却碰到了，一些不懂网络的装修包工头，就会这样做。
====================================================================生成树就是为了让交换网络中防环而出现的。
生成树最原始的版本是802.1d，也就是STP（Spanning Tree Protocol），但这个版本的标准是所有VLAN共用一个生成树，所以也叫CST（Common Spanning Tree）思科在此基础上增强了一下，发布了PVST+（Per Vlan Spanning Tree）802.1d的下一个版本是802.1w，也就是RSTP（Rapid STP），但还是共用生成树，搞不懂IEEE不长点记性。
于是思科又搞了一下，发布了PVRST+IEEE又基于思科的MISTP的方案，发布了802.1s（MSTP），这个就屌爆了，之后再说为何这么屌，凡是大一点的交换网络都用MSTP。
=====================================================================STP的基础要学习更高级的RSTP/MST，还是需要STP的基础，尽管现在已经很少用到STP。
STP的工作流程1. 在整个交换网段里选择一台做根桥，这根桥就是整棵树的根部，所有其他交换机就选一条到这个根桥的最短路径，其余的路径阻塞掉。
所有交换机中桥优先级最低的成为根桥。
2. 选择所有非根桥交换机的根端口，就是那条最短路径的接口。
如果有超过1条等价路径，则选择对端指定端口优先级最低的本地端口（有点绕口，通过实验来说明）3. 选择各网段的指定端口。
这个网段其实就是指一根链接，其中一头一定是指定端口，另外一头可能是根端口，也可能是非指定端口。
STP生成树的工作原理
STP生成树的工作原理生成树协议（Spanning Tree Protocol，STP）是用于在以太网交换网络中防止环路的协议。
它的工作原理是通过计算生成一棵树，从而选择出一条主路径，并且屏蔽其他冗余的路径。
STP能够确保相同的数据包不会无限制地在网络中进行广播和转发，从而避免了环路导致的网络拥塞和数据包多次传输的问题。
STP的工作原理可以分为以下几个步骤：2.根端口选择：一旦根桥被选举出来，交换机就会选出一条用于连接到根桥的最佳路径。
根端口是指能够到达根桥的最佳路径上的接口。
交换机通过比较根桥的桥ID和路径上交换机的桥ID来选择根端口。
桥ID由优先级和MAC地址组成。
3.非根桥的端口状态：除了根端口外，其余的端口分为两种状态：指定端口和备选端口。
指定端口是指在特定路径上的唯一可用端口，用于传送数据。
备选端口是指在指定路径上的多个可用端口中的备用端口。
4.换届选举：当网络拓扑结构发生变化时，例如添加或删除交换机，就会触发换届选举。
换届选举是为了确保生成的树仍然是有效的。
在换届选举中，交换机会重新选择根桥和根端口。
生成树协议的原理在于维护一棵树状结构，从而避免环路的发生。
在生成树中，只有根桥和根端口是处于工作状态的，其他的端口都处于阻塞状态，不参与数据传输。
当有链路出现故障或者网络拓扑结构发生变化时，生成树协议会重新计算生成一棵全新的树，从而确保网络的稳定性。
STP的生成树协议是目前广泛应用于以太网交换网络中的环路防护协议。
其工作原理简单明了，通过选举和计算生成一棵树，从而选择出主路径，并屏蔽冗余路径，确保网络的稳定和可靠性。
STP的工作原理对于搭建大型网络和解决网络拓扑结构变化问题具有重要意义。
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技术详解(生成树协议)
为了提高可靠性，交换机之间会通过多条链路相连，从而避免单点故障。
•但同时会带来一些灾难性的环路问题。
•••二层网络设计需求和问题：STP••••环路问题：•消除环路通过阻断冗余链路来消除网络中可能存在的环路。
链路备份当活动路径发生故障时，激活备份链路，及时恢复网络连通性。
••STP ：Spanning Tree Protocol ，生成树协议，提供两大功能：STP操作：通过构造一棵树来消除交换网络中的环路。
•使用组播-01-80-C2-00-00-00•••BPDU ：Bridge Protocol Data Unit －桥协议数据单元，STP 工作协议•选举根交换机以及确定每个交换机端口的角色和状态。
○在初始化过程中，每个桥都主动发送配置BPDU。
○在网络拓扑稳定以后，只有根桥主动发送配置BPDU，其他交换机在收到上游传来的配置BPDU后，才会发送自己的配置BPDU。
○发送周期为Hello Time。
○老化时间为Max Age。
○配置BPDU ：•下游交换机感知到拓扑发生变化时向上游发送的拓扑变化通知。
○拓扑变更通告BPDU-TCN BPDU•BPDU 类型：BPDU 字段详解：••••••••BID 最小的成为根桥（先比较优先级，再比较MAC ）•STP 选举过程：•STP选举案例：••••••••••STP端口状态：Hello2s，根桥发送BPDU 的间隔Forward Delay 15s ，监听和学习的持续时间Max Age 20s ，保持阻塞的最大时间（没有收到BPDU ）••STP 的计时器：•STP端口转换：••STP拓扑变化：•••检测到拓扑改变的交换机通过根端口向根桥发送TCN ，上游交换机收到TCN 后回应TCA ，让后下游交换机停止发送TCN ，再通过根端口发送TCN 直到根桥收到，根桥通过指定端口发送TC 通知所有下游交换机把MAC 地址表记录老化时间从300秒变为15秒•stp mode { mstp | stp | rstp }配置STP 模式，缺省为MSTP stp priority 4096配置优先级值，0~61440，步长为4096stp root primary/secondary自动修改优先级，指定主/备根桥stp pathcost-standard { dot1d-1998 | dot1t | legacy }配置路径开销值的标准开销标准：legacy ：cost =1～200000•802.1d标准：cost =1～65535•802.1t标准：cost =1～200000000，默认•stp cost 10修改STP 开销display stp 【brief 】显示STP配置信息和参数•STP配置：•建议指定企业内配置高、性能好的交换机为根桥。
生成树协议（STP）概述及工作原理
⽣成树协议（STP）概述及⼯作原理
1、交换⽹络环路的产⽣
⼴播风暴的形成
多帧复制
MAC地址表混乱
2、STP——Spanning Tree Protocol（⽣成树协议）
逻辑上断开环路，防⽌⼴播风暴的产⽣
当线路故障，阻塞接⼝被激活，恢复通信，起备份线路的作⽤
3、STP⼯作原理
3.1 ⽣成树的算法：1.选择根⽹桥（Root Bridge）；2.选择根端⼝（Root Ports）；3.选择指定端⼝（Designated Ports） 3.2 ⽹桥ID（BID）
⽹桥ID是唯⼀的
选择交换⽹络中⽹桥ID最⼩的交换机成为根⽹桥
取值范围：0~65535
缺省值：32768
3.3 选择根端⼝的依据
到根⽹桥最低的根路径成本
直连的⽹桥ID最⼩
端⼝ID最⼩
3.4 端⼝ID
取值范围：0~255
缺省值：128
3.5 .1在⾮根⽹桥上，选择⼀个根端⼝
离根⽹桥最近的⼀个端⼝
3.5.2 根桥上的端⼝全是指定端⼝
3.5.3在每个⽹段上，选择1个指定端⼝
3.5.4 ⾮根桥上的指定端⼝，选择顺序
根路径成本较低
所在的交换机的⽹桥ID的值较⼩
端⼝ID的值较⼩
既不是根端⼝，也不是指定端⼝，STP将这个端⼝阻塞（Block）
3.6 STP端⼝状态
延迟：阻塞——（20s）——>倾听——（15s）——>学习——（15s）——>转发。
生成树协议(STP)介绍
生成树协议（Spanning Tree Protocol）目录1. STP（802.1D） (2)1.1 STP的基本概念 (2)1.2 BPDU格式及字段说明 (3)1.3 STP的端口状态及其迁移关系 (4)1.4 拓扑改变机制 (4)1.5 生成树运行过程 (6)2. RSTP（802.1W） (14)2.1 RSTP的端口角色和端口状态 (14)2.2 Proposal/Agreement Sequence (15)2.3 RSTP运行过程 (16)2.4 RSTP与STP的兼容性 (19)3. MSTP（802.1S） (21)3.1 MST区域、MST区域配置和区域边界 (22)3.2 MST实例和IST实例 (23)3.3 MST区域内部的运行和区域间的运行 (25)3.4 Hop Count和Boundary Ports (26)3.5 迁移策略 (27)4．总结 (27)5．参考文档 (27)摘要：本文档较为全面的阐述了生成树和快速生成树协议的基本概念和参数，对比了生成树和快速生成树在端口角色，拓扑改变的检测和通知机制，收敛的过程等，并通过实际使用交换机来分析生成树和快速生成树的运行过程。
对生成树和VLAN的关系作了简单的说明，并对多生成树协议的主要概念进行了简要的说明。
关键词：生成树（STP），拓扑改变（Top Change），快速生成树（RSTP），多生成树（MSTP），区域（Region），实例（Instance）1. STP（802.1D）生成树协议是一种二层管理协议，它通过有选择性地阻塞网络冗余链路来达到消除网络二层环路的目的，同时具备链路的备份功能。
生成树协议的基本思想是通过构造一棵自然树的方法达到裁剪冗余环路的目的，同时实现链路备份和路径最优化。
用于构造这棵树的算法叫做生成树算法SPA（Spanning Tree Algorithm）。
1.1 STP的基本概念桥ID（Bridge Identifier）：桥ID是桥的优先级（Bridge Priority）和其MAC地址的综合数值，其中桥的优先级（Bridge Priority）是一个可以设定的参数。
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STP收敛
• 步骤1：选举一个根桥。 • 步骤2：选举根端口。 • 步骤3：选举指定端口和非指定端口
8
STP操作
基本概念 STP收敛 STP BPDU ＭSTP概念 ＭSTP配置
SWA
Root
D
D
SWB
R
D Non-Root
R SWC
步骤1：选举一个根桥。 步骤2：每个非根交换机选举一个根端口。 步骤3：每个网段选举一个指定端口，剩下 的端口为阻塞非根、非指定端口。
路径开销 38 路径开销 38
根端口
G0/0/1
G0/0/2
SWC
32768 00-01-02-03-04-CC
原则1： 路径开销：路径开销最小的确定为根端口
步骤 2.选举根端口
基本概念 STP收敛 STP BPDU ＭSTP概念 ＭSTP配置
SWA
根桥
G0/0/1
4096 00-01-02-03-04-AA G0/0/2
路径开销 19
路径开销 19
Port-priority 20
G0/0/1
根端口
G0/0/2 Port-priority 50
SWB
32768 00-01-02-03-04-BB
原则2： port-priority ：路径开销相同， port-priority最小的确定为根端口
步骤 2.选举根端口
基本概念 STP收敛 STP BPDU ＭSTP概念 ＭSTP配置
根桥
基本概念 STP收敛 STP BPDU ＭSTP概念 ＭSTP配置
SWA
4096 00-01-02-03-04-AA
原则1： 优先级值小的成为根桥
32768 00-01-02-03-04-BB
SWB
每一台交换机启动STP后，都认为自己是根桥。
32768 00-01-02-03-04-CC
SWC
SWA
根桥
G0/0/1
4096 00-01-02-03-04-AA G0/0/2
路径开销 19
路径开销 19
Port-pority 20 G0/0/2
根端口
G0/0/1 Port-pority 20 SWB
32768 00-01-02-03-04-BB
原则3： 端口 ID：到根桥的路径开销和端口优先级都相同时，对端端口ID最小的为根端口
A Non-Root
步骤 1.选举根桥
基本概念 STP收敛 STP BPDU ＭSTP概念 ＭSTP配置
• 根桥选择条件：
• BID的值最小的一台交换机。 • BID比较方法
– 先比较优先级 – 再比较MAC地址。 – 如果优先级可以确定数值大小关系，哪么则无需再比较MAC地址
步骤 1.选举根桥
冗余功能存在的问题
基本概念 STP收敛 STP BPDU ＭSTP概念 ＭSTP配置
• 广播风暴
➢ 环路网络中不可避免的会产生广播风暴。随着越来越多的设备向网络中 发送广播，卷入环路的流量也越来越多，最终形成广播风暴，导致网络 中断。
• 重复的单播帧
➢ 发送到环路网络的单播帧也可能造成目的设备收到重复的帧。
ID最小的为根端口
每个非根交换机选举一个根端口。
步骤 2.选举根端口
基本概念 STP收敛 STP BPDU ＭSTP概念 ＭSTP配置
路径开销 19
SWA
根桥
G0/0/1
4096 00-01-02-03-04-AA G0/0/2
路径开销 19
根端口
G0/0/1
SWB
G0/0/2
32768 00-01-02-03-04-BB
主机B
00-05-06-07-08-BB
STP的作用
基本概念 STP收敛 STP BPDU ＭSTP概念 ＭSTP配置
SWA
SWB
SWC
生成树协议 (STP) 便旨在解决这些问题。 STP通过阻塞端口来消除环路，并能够实现链路备份的目的。
基本概念 STP收敛
STP BPDU
ＭSTP概念 ＭSTP配置
MAC地址表 MAC
00-05-06-07-08-AA 00-05-06-07-08-AA
端口
G0/0/3 G0/0/2
G0/0/1
SWB
G0/0/1
主机A
G0/0/2 G0/0/3
00-05-06-07-08-AA
环路会引起MAC地址表震荡。
SWA
G0/0/2
SWC
G0/0/1
G0/0/2
G0/0/3
步骤 3.选举指定端口和非指定端口
基本概念 STP收敛 STP BPDU ＭSTP概念 ＭSTP配置
SWA
根桥
4096 00-01-02-03-04-AA
SWC
步骤 2.选举根端口
基本概念 STP收敛 STP BPDU ＭSTP概念 ＭSTP配置
• 根端口选择条件：
➢1.路径开销：路径开销最小的确定为根端口 ➢2. port-priority ：路径开销相同， port-priority最小的确定为
根端口 ➢3.端口 ID：到根桥的路径开销和端口优先级都相同时，端口
广播风暴
基本概念 STP收敛 STP BPDU ＭSTP概念 ＭSTP配置
SWA
SWB
SWC
主机A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
00-05-06-07-08-AA
主机B
环路会引起广播风暴。 网络中的主机会收到重复数据帧。
00-05-06-07-08-BB
MAC地址表震荡
基本概念 STP收敛 STP BPDU ＭSTP概念 ＭSTP配置
STP生成树技术
STP的概念
• 冗余功能存在的问题 • STP的作用
过渡页
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2
二层交换网络
基本概念 STP收敛 STP BPDU ＭSTP概念 ＭSTP配置
SWA
SWB
SWC
SWD
SWE
交换机之间通过多条链路互连时，虽然能够提升网络可靠性，但 同时也会带来环路问题。
步骤 3.选举指定端口和非指定端口
基本概念 STP收敛 STP BPDU ＭSTP概念 ＭSTP配置
• 指定端口和非指定端口选择条件： • 1.默认情况下根桥所有的端口将成为指定端口 • 2.路径开销:路径开销最小的确定为指定端口 • 3. Bridge-ID：路径开销相同， Bridge-ID最小的确定为指定端口
步骤 1.选举根桥
基本概念 STP收敛 STP BPDU ＭSTP概念 ＭSTP配置
原则2：优先级相同 MAC地址值小的成为根桥
根桥
SWA
32768 00-01-02-03-04-AA
32768 00-01-02-03-04-BB
SWB
每一台交换机启动STP后，都认为自己是根桥。
32768 00-01-02-03-04-CC