STP生成樹

1. 簡介：

1) 冗餘拓撲結構：

冗餘拓撲結構能解決網絡單點故障問題，單點故障會使網絡的可靠性大大降低，在一個網絡中，如果由於一個網絡設備的故障使得整個網絡癱瘓是多麼嚴重的事，可想冗餘拓撲結構的重要性。然而從另一個方面來講，冗餘拓撲結構會引起廣播風暴，重複幀，CAM表不穩定的問題。

Ø 名詞解釋：

l 廣播幀：

同時傳送到多個目的地的幀，除非另有限制，否則廣播幀通過所有的交換機轉發，這樣做的好處是通話效率高，信息一下子就可以傳遞到全體。在廣播幀中，幀頭中的目的MAC地址是FF.FF.FF.FF.FF.FF，代表網絡上所有主機網卡的MAC地址。在二層設備上，是不隔離廣播的，二層設備對廣播的處理爲泛洪，而三層設備隔離廣播。

l 泛洪：

交換機使用的一種數據傳遞技術，將某個接口收到的數據流從除該接口之外的所有接口發送出去。

l 泛洪與廣播的區別：

n 泛洪操作廣播的是普通數據幀而不是廣播幀

n 廣播是向同一子網內所有的端口(包括自己的那個端口)發送消息;泛洪只是在所有的端口中不包括髮送消息的(自己的)那個端口發送消息。

Ø 廣播風暴：

l 當PC發送一條廣播數據包後

l SW1收到數據包，由於是廣播，所以把收到的數據包泛洪出去

l SW2收到SW1泛洪過來的數據包後，會把數據包再次泛洪

l SW1收到SW2泛洪過來的數據包後，又把數據包泛洪

l 如此反覆就會把寬帶耗盡，從而產生廣播風暴

Ø 重複幀

l 主機PC向路由器Rou發送單播數據包後

l 當SW1和SW2的MAC表裏都沒有Rou的MAC地址時(如：剛剛啓動)

l 由於SW1的MAC中沒有Rou的地址，SW1就會廣播該數據包

l SW2收到SW1發來的數據包，發現自己MAC表中同樣沒有目的MAC，再次把該數據包廣播出去

l 這時Rou就會收到多個同樣的數據包，造成重複幀

Ø CAM表不穩定

l 主機PC發送數據到Rou後

l 當SW1和SW2的MAC表裏都沒有Rou的MAC地址時(如：剛剛啓動)

l SW1與SW2收到數據包後，把該數據包廣播出去，並把源MAC添加到MAC表，然後認爲PC在端口1

l 當SW2收到SW1的廣播後又認爲PC在端口2

l 當SW1收到SW2的廣播後又認爲PC在端口2

l 從而造成交換機MAC表的不穩定

2) STP生成樹

Ø 簡介：

二層環路的解決辦法STP(Sanning-Tree Protocol)，通過阻塞某些端口來達到路徑冗餘所帶來的問題。把冗餘拓撲結構中的某個端口置於BLK(block)的狀態，在另一條鏈路斷開時，再打開該端口。

Ø BID：

BID包括橋優先級(bridge priority)和交換機MAC地址，BID缺省優先級是32768，二進制爲1000 0000 0000 0000，也就是中值。優先級越低，BID越低，MAC地址越小，BID越低，管理員可以修改優先級以調整BID

Ø BPDU：

STP需要網絡設備互相交換消息來檢測環路，交換機發送的用於構建無環路拓撲的消息稱爲BPDU(bridge protocol data units)網橋協議數據單元。交換機利用BPDU定期(缺省是2s)與其它交換機交換配置消息，其中一個信息是BID

Ø PortID：

PortID包括端口優先級(缺省128)和端口號

Ø 路徑成本：

生成樹路徑成本是路徑上所有鏈路的寬帶的總路徑成本累計值。

寬帶	STP成本(修正後IEEE規定)	STP成本(以前IEEE規定)
4Mbit/s	250
10Mbit/s	100	100
16Mbit/s	62
45Mbit/s	39
100Mbit/s	19	10
155Mbit/s	14
622Mbit/s	6
1Gbit/s	4	1
10Gbit/s	2	1

Ø 實現無環路的網絡拓撲：

l 選舉一個根橋

在一個給定網絡中，只有一臺交換機可以作爲根橋，根橋是具有最低BID的交換機，它的所有端口都是指定端口。指定端口通常處於轉發狀態，這時它可以發送和接收流量

n 當一臺交換機啓動時，它把自己的BID通過BPDU廣播出去

n 當一臺交換機收到更低BID的BPDU時，它會把自己正在發送的BPDU裏的BID替換成該BID，然後繼續廣播出去

n 結束時，所有交換機都會收到最小BID，具有此BID的交換機將作爲根橋

l 選舉根端口：

使用100M以太網連接

n 根橋SW1在所有端口發送BPDU，該BPDU含路徑成本爲0的信息

n 當SW2的端口f0/1收到該BPDU後，會在該BPDU上加上f0/1端口的路徑成本(100M以太網路徑成本爲19)

n 然後SW2使用19作爲內部成本值，並以此作爲BPDU的根路徑成本，從端口f0/2發送出去

n 然後SW3會收到SW2發過來的BPDU，並在該BPDU上加上f0/2端口的路徑成本，此時SW3的端口f0/2路徑成本爲0+19+19=38

n 然而，SW3也會在端口f0/1收到來自根橋SW1的BPDU，它的路徑成本爲0+19=19

n 這時SW3就會作出決定，選舉最小路徑成本的端口作爲根端口，即端口f0/1

n SW2也會經歷類似的過程把端口f0/1選舉爲根端口

n 注意：

在比較中遇到相同時，依次使用以下步驟取最小的來選舉

u 首先比較到根橋的最低路徑成本

u 相同則比較該端口所對的上游交換機的BID

u 還相同則比較PortID

l 選舉指定端口：

使用100M以太網連接

網絡中每段鏈路只有一個指定端口，它負責發送和接收在該鏈路和根橋之間的流量。選舉根端口的同時，指定端口選舉也在進行

n 在鏈路1中，SW1的端口f0/1路徑成本爲0，SW2的端口f0/1路徑成本爲19，由於SW1的端口f0/1路徑成本更低，所以SW1的端口f0/1成爲指定端口

n 在鏈路2中，SW2的端口f0/2路徑成本爲19，SW3的端口f0/2路徑成本爲19，當遇到這種平局，依次使用以下步驟取最小的來選舉

u 首先比較到根橋的最低路徑成本

u 相同則比較該交換機的BID

SW2的BID(32768 | 11 22 33 44 55 66)比SW3(32768 | 12 23 34 45 56 67)的BID更小，所以SW2的端口f0/2稱爲指定端口，SW3的端口f0/2成爲非指定端口

n 在鏈路3中，SW1的端口f0/2路徑成本爲0，SW3的端口f0/1路徑成本爲19，由於SW1的端口f0/2路徑成本更低，所以SW1的端口f0/2成爲指定端口

l 完成：

當根橋，根端口，指定端口都選出來以後，將非根非指定端口阻塞，STP生成樹完成，網絡就形成了無環路的網絡拓撲。

l 特點：

n 每一個網絡都只有一個根橋

n 每個非根橋都只有一個根端口

n 每段鏈路都只有一個指定端口

n 非根非指定端口阻塞

2. 拓撲圖：

1) 在網絡中有2個VLAN，其中一個爲默認的VLAN 1，另一個爲設置的VLAN 2，不同VLAN的STP具有不同的根橋

2) 使用如下命令來查看MAC地址：

3. 準備：

1) 按照拓撲圖把線路連接好

2) 把交換機與交換機相連接的鏈路設置成Trunk

3) 開啓VTP，把SW1設置爲Server，把SW2,SW3設置成Client

4) 在SW1上創建vlan 2，將其命名爲vlan10，並檢查SW2與SW3是否學習成功

4. 分析：

此時vlan 1與vlan 2都是一樣的，所以一起分析。三個交換機的默認優先級都是32769(vlan 1)與32770(vlan 2)，而SW2的MAC較低，所以成爲了根橋，則SW2上的f0/1和f0/2是指定端口，處於forword狀態。SW1上的兩個端口都可以到達SW2，一個接口是f0/2，到達SW2的Cost爲19+19=38，另外一個接口是f0/3，到達SW2的Cost爲19，因此f0/3是根端口，處於forword狀態。同樣SW3上，f0/2是根端口，處於forword狀態。在SW1和SW3之間的鏈路上，要選舉出一個指定端口，根據選舉的要素，到達根橋的Cost值是一樣的，都爲19，不能決出勝負，但是各個交換機的BID不一樣， SW1的MAC地址爲00 0A F3 E0 DE 1E，SW3的MAC地址爲00 E0 F7 79 5A 14，SW1的MAC地址小於SW3的MAC地址，所以SW1獲勝，SW1的f0/2是指定端口，處於forword狀態，SW3的f0/1就處於Block狀態了。

5. 步驟：

STP樹默認是開啓的

1) 檢查初始的STP樹：

Ø SW1