生成树协议的作用
生成树协议的作用
生成树协议的作用生成树协议（Spanning Tree Protocol，STP）是一种网络协议，用于在局域网中防止网络环路的发生，保证数据包在网络中能够按照预期的路径传输。
生成树协议的作用主要体现在以下几个方面。
首先，生成树协议可以有效地防止网络环路的发生。
在一个局域网中，如果存在多条路径连接同一组设备，如果不采取任何措施，数据包可能会在网络中形成环路，导致数据包不断在网络中循环传输，最终导致网络拥堵甚至瘫痪。
生成树协议通过计算网络拓扑结构，选择一条主干路径，将其它冗余路径屏蔽，从而有效地避免了网络环路的发生。
其次，生成树协议可以提高网络的可靠性和稳定性。
通过生成树协议的工作原理，网络管理员可以在网络中设置主干路径，将冗余路径屏蔽，从而确保数据包在网络中能够按照预期的路径传输。
这样一来，即使网络中的某些链路出现故障，也不会对整个网络造成影响，保证了网络的可靠性和稳定性。
此外，生成树协议还可以提高网络的传输效率。
在生成树协议的作用下，网络中只有一条主干路径处于活跃状态，其它冗余路径被屏蔽，这样可以避免数据包在网络中不断循环传输，提高了网络的传输效率。
同时，生成树协议还可以根据网络的拓扑结构自动调整主干路径，使得网络能够在不同的拓扑结构下都能够保持高效的传输。
最后，生成树协议可以简化网络的管理和维护。
在一个复杂的网络环境中，如果没有生成树协议的支持，网络管理员需要手动设置网络中的路径，保证数据包按照预期的路径传输。
而有了生成树协议，网络管理员只需要设置一条主干路径，其它冗余路径会被自动屏蔽，大大简化了网络的管理和维护工作。
综上所述，生成树协议在局域网中发挥着至关重要的作用。
它不仅可以有效地防止网络环路的发生，提高了网络的可靠性和稳定性，还能够提高网络的传输效率，简化网络的管理和维护工作。
因此，对于任何一个需要保证网络正常运行的组织或者企业来说，都应该充分重视生成树协议的作用，合理地配置和管理网络，以确保网络能够高效、稳定地运行。
交换技术知识
学习目标
通过本章的学习，希望您能够：
了解中小企业网络中，交换网络部分面临的 问题及解决方法 掌握构建中小企业网络中的各种交换技术
交换网络中的问题
在交换机组成的网络里，所有主机都在同一个广播域中 一台主机发出的广播，其余所有主机都能够收到
广播域
解决方法——VLAN
通过VLAN技术可以分割广播域
VLAN的Trunk协议
不同的交换机之间
交换机要传输多个VLAN的通信，需要用专门 的协议封装或者加上VLAN ID，以便接收设备 能够区分数据帧所属的VLAN。 Trunk协议可以使交换机识别来自于不同VLAN 的帧，允许VLAN帧使用时分复用的方式占用 Trunk链路，跨越交换机通信。
IEEE802.1Q数据帧
目的,源MAC地址 2字节标记协议标识 2字节标记控制信息 类型,数据 重新计算帧检测序列
标记协议标识（TPID）:
固定值0x8100,表示该帧载有802.1Q标记信息
标记控制信息（TCI）:
Priority：3比特，表示优先级 Canonical format indicator：1比特，表示总线型以太网、FDDI、令牌环网 VlanID：12比特，表示VID，范围1－4094
交换机
1 2 3 4
广播帧 广播帧
交换机收到广 播帧后，只转 发到属于同一 VLAN 的 其 他 端口。
广播域
广播域
相同VLAN之间的通讯
（1）在单交换机上配置VLAN
VLAN（虚拟局域网）
• 虚拟局域网技术（VLAN）是一种得到较快发展的技术 。 • 此种技术的核心是通过路由和交换设备，在网络的物 理拓扑结构基础上建立一个逻辑网络，以使得网络中 任意几个LAN段或单站能够组合成一个逻辑上的局域 网。 • 支持VLAN的交换设备给用户提供了非常好的网络分段 能力，极低的报文转发延迟以及很高的传输带宽。 • 这种交换设备通常是第三层交换机或路由交换机。
生成树协议(STP)在计算机网络中的应用
生成树协议(STP)在计算机网络中的应用1. 引言1.1 引言生成树协议(STP)是计算机网络中一个重要的协议，它被广泛应用于以太网LAN 中，用来避免网络环路的产生，提高网络的可靠性，优化网络带宽的利用，以及支持网络的快速恢复。
在现代网络架构中，STP扮演着至关重要的角色，保障了网络的稳定运行和高效传输。
本文将详细探讨生成树协议在计算机网络中的应用，从其如何避免网络环路的产生、如何提高网络的可靠性、如何优化网络带宽的利用，以及如何支持网络的快速恢复等方面展开讨论。
通过深入分析STP的工作原理和应用场景，读者将更加深入了解这一协议的重要性和价值。
在现代网络环境下，随着数据量不断增加和对网络稳定性要求日益提高，STP的作用变得愈发重要。
通过学习和理解STP的应用，可以帮助网络管理员更好地管理网络拓扑结构，确保网络的高可靠性和高性能。
在本文的后续部分中，我们将更详细地探讨STP在计算机网络中的具体应用，希望能对读者有所启发和帮助。
2. 正文2.1 生成树协议(STP)在计算机网络中的应用生成树协议(STP)是一种用于计算机网络中的链路层通信协议，用于避免网络环路的产生，并提高网络的可靠性、优化网络带宽的利用和支持网络的快速恢复。
STP通过计算网络拓扑中的最小生成树来选择一条主干链路，使得网络中所有的交换机都能通过这条链路进行通信，从而避免网络中出现环路。
在计算机网络中，STP的应用非常广泛。
它可以确保网络中数据包的顺利传输，避免数据包在网络中无法到达目的地或造成数据包重复传输的情况。
通过STP，网络管理员可以配置网络拓扑，确保网络中所有的交换机都能按照同一个最小生成树来进行通信，从而保证网络的稳定性。
此外，STP还能提高网络的可靠性。
当网络中出现故障或链路故障时，STP能够及时检测到故障点，并重新计算最小生成树，选择新的主干链路，保证网络的正常运行。
这样，即使网络中某个链路出现问题，整个网络仍可以继续正常工作。
生成树协议简介及实验
生成树协议简介及实验第一部分：STP/RSTP协议简介一、STP协议1、STP协议简介生成树协议（STP）是一个用于局域网中消除环路的协议，协议运行原理是通过运行该协议的设备之间交互信息而发现网络中的环路，并适当对某些端口进行阻塞以消除环路。
生成树协议是局域网重要协议之一。
网络中出现环路会造成广播风暴导致网络瘫痪或MAC 地址表抖动导致MAC地址表项被破坏。
2、STP基本概念STP引入了根桥（Root Bridge）概念，对于一个STP网络，根桥在全网中只有一个，它是整个网络的逻辑中心，但不一定是物理中心。
根桥会根据网络拓扑的变化而动态变化。
网络收敛后，根桥会按照一定的时间间隔产生并向外发送配置BPDU，其他设备仅对该报文进行处理，传达拓扑变化记录，从而保证拓扑的稳定。
生成树的生成计算有两大基本度量依据：ID和路径开销。
ID又分为：BID（桥ID）和PID（端口ID）。
BID（桥ID）：IEEE 802.1D标准中规定BID是由16位的桥优先级（Bridge Priority）与桥MAC地址构成。
BID桥优先级占据高16位，其余的低48位是MAC地址。
在STP网络中，桥ID最小的设备会被选举为根桥。
PID（端口ID）：PID由两部分构成的，高4位是端口优先级，低12位是端口号。
PID只在某些情况下对选择指定端口有作用。
路径开销：路径开销（Path Cost）是一个端口变量，是STP协议用于选择链路的参考值。
STP协议通过计算路径开销，选择较为“强壮”的链路，阻塞多余的链路，将网络修剪成无环路的树形网络结构。
在一个STP网络中，某端口到根桥累计的路径开销就是所经过的各个桥上的各端口的路径开销累加而成，这个值叫做根路径开销（Root Path Cost）。
从环形网络拓扑结构到树形结构，总体来说有三个要素：根桥、根端口和指定端口。
根桥就是网桥ID最小的桥，通过交互配置BPDU协议报文选出最小的BID。
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。
描述生成树协议的主要功能
描述生成树协议的主要功能
生成树协议是一种用于实现有序和可靠的网络交换的协议。
它的主要功能有：
（1）维护所有节点间的链路状态：生成树协议可以用来处理网
络中的路由信息，报告节点之间的链路状态，并根据链路信息构建有效的路由表。
（2）提供识别冲突的机制：生成树协议提供了一种方法，可以
在节点之间识别和解决信息传输冲突的问题。
（3）节点发现：生成树协议可以帮助节点识别网络中存在的其
他节点，以便在网络中可以正确的进行信息传输。
（4）提供层次化的网络拓扑：网络拓扑分为高阶和低阶，使用
生成树协议可以把网络拓扑转换成层次化的拓扑，从而提高网络效率。
（5）高效的网络管理：在一个网络中，可以使用生成树协议来
实现高效的网络管理，能够保证在网络中传输的数据准确无误。
RCNP考试题库
NP1.在部署VLAN 的过程中,为实现交换网络优化，降低不必要的VLAN 广播对网络的影响,在交换机上配置如下命令：switch（config-if）#switchport mode trunkswitch(config-if）＃switchport trunk allowed vlan remove 20在执行了上述命令后，此接口接收到VLAN20 的数据会做怎样的处理?A、根据MAC 地址表进行转发B、直接丢弃数据,不进行转发C、将VLAN20 的标签去掉,加上合法的标签再进行转发D、trunk 接口会去掉VLAN20 的标签,直接转发给主机2.当VLAN 数据帧通过trunk 链路转发时，将会在以太网帧中加入802。
1Q 标记，以区分不同VLAN 的数据帧.该标记插入到了原始以太网帧的（)A、目的MAC 地址后B、源MAC 地址后C、Type 后D、FCS 前3。
当VLAN 数据帧通过trunk 链路转发时，将会在以太网帧中加入802.1Q 标记，以区分不同VLAN 的数据帧。
在802.1Q 标记中，VLAN 字段的最大可能值是（）A、8192B、4096C、4092D、40944.在锐捷交换机上配置Trunk 接口时，出于安全的需要，要禁止VLAN15 的数据帧通过，使用的命令是（）A、ruijie（config-if）＃switchport trunk allowed remove 15B、ruijie（config-if)#switchport trunk vlan remove 15C、ruijie（config—if)#switchport trunk vlan allowed remove 15D、ruijie（config—if)＃switchport trunk allowed vlan remove 155.在小型分支机构中，出于成本原因，可能会使用路由器子接口互联多个VLAN。
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生成树协议的作用
功能强大、可靠的网络需要有效地传输流量，提供冗余和故障的快速恢复功能。
在第2层网络中，路由协议不可用，生成树协议通过从软件层面修改网络物理拓扑结构来构建一个无环路逻辑转发拓扑结构，提供了物理线路的冗余连接，消除了网络风暴，从而提高网络的稳定性和减少网络故障的发生率。
生成树协议的原理
生成树协议（Spanning Tree Protocol）是在网络有环路时，通过一定的算法将交换机的某些端口进行阻塞，从而使网络形成一个无环路的树状结构。
1、生成树协议的工作过程
采用三个规则来使某个端口进入转发状态：
生成树协议选择一个根网桥，根网桥的所有端口都处于转发状态
每一个非根网桥选一个端口到根网桥中且管理成本最低的
端口作为根端口，生成树协议将使根端口处于转发状态
当网络中有多个网桥时，它们会将其到根网桥的管理成本宣告出去，其中管理成本最低的网桥作为指定网桥，指定网桥中发送最低管理成本BPDU的端口为指定端口，该端口处于转发状态，所有其他端口被置为阻塞状态
2、根网桥的选择
开始所有网桥都通过发送STP报文来声明自己是根网桥，这些交换信息的数据成为网桥协议数据单元（BPDU），BPDU 包含以下内容：
根网桥的ID
一个可设置的优先级这是根网桥的优先级
到达根网桥的成本
发送该BPDU的网桥ID
根网桥的选择条件：
最小优先级别的网桥将成为根网桥
若优先级别相同，则具有最小网桥ID的网桥成为根网桥
注：网桥或交换机选择地址池中的一个MAC地址作为网桥
的ID，由于MAC地址的唯一性，所以网桥ID也是唯一的。
用来标识根网桥和优先级、网桥ID和成本的报文成为hello 数据包。
STP就是通过hello数据包中的内容来判断网络中
是否有比自己更合适作为根网桥的网桥，如果有就停止并且转发合适网桥的hello数据包，最终将有一台网桥成为根网桥。
3、根端口的选择
不是根网桥的交换机都选择一个根端口，这是通过判断出有最小根路径成本的端口做到的，这个代价一直带在BPDU上，沿途的每台不是根网桥的交换机都把接收BPDU的端口的
本地端口成本加上去，伴随BPDU的产生，就累加出了根路径成本。
4、制定端口的选择
在每个网段上选择一个交换机端口处理该网络的流量，在网段内最小根路径成本的端口就为指定端口。
5、删除桥接环
既不是根端口也不是指定端口的交换机端口被设为阻塞状态。
这一步断开了不设置阻塞将会形成的所有桥接环。
6、生成树协议的端口状态
禁用（Disabled）关闭的端口。
阻塞（Blocking）不能接收或传输数据，不能把MAC地址加入它的地址表，只能接收BPDU。
监听（Listening）由根端口或指定端口担任，不能接收或传输数据，不能把MAC地址加入它的地址表，只能接收或发送BPDU。
学习（Learning）在转发延时（Forward Delay）计时时间（默认15s）后，端口进入学习状态。
不能传输数据，但可接收或发送BPDU，可学习MAC地址并加入它的地址表。
转发（Forwarding）在下次转发延时（Forward Delay）计时时间（默认15s）后，端口进入转发状态。
能接收或传输数据，能学习MAC地址并加入它的地址表，也可接收或发送BPDU。
比如这样的一种情况,有三台交换机SW1,SW2,SW3,它们两两相连...
SW1==SW2
\\ //
SW3
这样,很明显会出现环路,但是如果启用了STP,则其会选举一个交换机作为根交换机(root),再以此根为起点选择一条到其
择了SW1-SW2,SW1-SW3两条链路,这样再自动断开某些链路,比如这里断开了SW2-SW3的链路(其实是将SW2或SW3的某个down掉),这样环路就会避免了...
而如果后来某条选择了的链路(比如SW1-SW2)出现问题的话,会自动启用回原来断开了的SW2-SW3链路...使网络能够正常运行...。