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STP
- 生成樹STP（Spanning Tree Protocol）可以在提高可靠性的同時又能避免環路帶來的各種問題
- 二層冗餘帶來的問題：
- 廣播風暴
- MAC地址震盪
STP的作用
- 通過阻塞邏輯端口來消除環路，並能夠實現鏈路備份的目的
- 當可用路徑發生故障時，STP可以自動激活備份鏈路，恢復網絡的連通性
STP操作
- 選舉一個根橋
- 每個非根交換機選舉一個根端口
- 每個網段選舉一個指定端口
- 阻塞非根、非指定端口
選舉根橋
- 根橋是指Bridge-ID最小的交換機（BID最小的的交換機成爲根網橋）
- Bridge-ID包括兩部分（優先級、MAC地址）
- 修改優先級
stp priority 4096(優先級必須是4096的倍數)
選舉根端口
- 根端口指的是非根網橋到達根網橋路徑開銷最小的接口
- 沿着BPDU的流向（BPDU從根橋流向非根橋）累加入棧接口的開銷值
- 接口開銷值相同，則比較接口對端所連交換機的BID，BID小的交換機對應的接口爲根端口
- 接口開銷相同，對端BID相同，比較對端接口的Port-ID（優先級、接口編號）小的爲根端口
- 上述所有參數都相同，則比較本地接口的Port-ID，小的爲根端口
選舉指定端口
-
在一個網段內到達根網橋路徑開銷最小的接口
-
根網橋上所有接口都是根端口
-
比較接口的根路徑開銷，根路徑開銷相同則比較此網段內所連交換機的BID，BID小的交換機的端口爲指定端口
-
在兩個交換機之間根據路徑開銷、對端BID、對端PID和本端的PID比較選舉指定端口
沒有當選根端口和指定端口的端口會被阻塞
端口狀態轉換
- Disabled：生成樹的禁用狀態（端口關禁閉）
- Blocking：可以長期穩定的狀態（阻塞）
- Listening：不穩定狀態，只能收發BPDU，不能轉發數據，學習MAC，等待15秒，切換狀態
- Learning：不穩定狀態，可以學習MAC表，不能轉發數據
- Forwarding：穩定狀態
BPDU
- 包含橋ID、路徑開銷、端口ID、計時器等參數
STP拓撲變化
- 根橋故障
- 非根橋會在BPDU老化之後開始根橋的重新選舉
- 根橋故障
- 非根橋會在BPDU老化之後開始根橋的重新選舉
- 直連鏈路故障
- 檢測到直連鏈路物理故障後，會將預備端口轉換爲根端口
- 預備端口會在30s後恢復到轉發狀態
- 非直連鏈路故障
- 預備端口恢復到轉發狀態大約需要50秒
拓撲變更導致MAC地址表變化
- 當交換機檢測到網絡發生拓撲變化時，交換機會從根端口向外發出TCN BPDU
- 上游交換機收到TCN BPDU後，會以TCA位被置位的BPDU進行應答
- 上游交換機收到TCN BPDU後，會進一步從根端口轉發該BPDU ，直到TCN BPDU抵達根網橋
- 根網橋收到TCN BPDU後，會全網泛洪TC位被置位配置BPDU
- 交換機收到TC位被置位的配置BPDU後，觸發生成樹的重新計算
- 同時收到TC BPDU的端口的MAC地址表老化時間縮短至轉發延遲
STP模式
- STP配置：
stp mode stp(華爲設備默認工作模式爲MSTP) - 配置路徑開銷值：接口視圖下
stp cost 2000
RSTP
- 傳統STP收斂速度慢，至少需要30S
- 根橋直連鏈路down掉，BP端口換成DP端口並進入轉發狀態需要大約50S
- 交換機連接終端的鏈路進入轉發需要經過30S
- 機制複雜，效率低下
- 端口角色
- Disabled、Blocking、Listening都不轉發用戶流量也不學習MAC地址
- Learning不轉發用戶流量，但是學習MAC地址表
- Forwarding及轉發用戶流量又學習MAC地址
RSTP優點
端口角色重新劃分
- 在STP原有的根端口和指定端口上新定義了新的端口
- Backup Port（BP指定端口的備份）
- Alternate Port（AP根端口的備份）
端口狀態重新劃分
- 由原來STP的5種狀態縮減爲3種狀態
- STP的Disabled、Blocking、Listening對應RSTP的Discarding狀態（不轉發用戶流量也不學習MAC地址）
- STP的Learning、Forwarding在RSTP中不變
快速收斂機制
P/A機制
- 對指定端口（DP）快速進入轉發狀態生效
- DP向下遊交換機發出P位被置位的BPDU
- 下游交換機接收到P位被置位的BPDU後，首先會執行Sync的操作（交換機會阻塞所有處於轉發狀態的非邊緣端口）
- 然後下游交換機會向上遊交換機發送A位被置位的BPDU
- 上游交換機收到A位被置位的BPDU後，立刻將DP口置爲轉發狀態，無需等待定時器到期
根端口快速切換機制
- 當原有的根端口發生故障，且AP口對端連接的DP口處於轉發狀態，AP口立刻轉換爲RP口，並進入轉發狀態
次等BPDU處理機制
- 發生故障的交換機以自己爲根橋，向外發送P位被置位的BPDU，對端收到後，會將本地最優的BPDU回給故障交換機
- 發生故障的交換機收到最優的BPDU後，向對端發送A位被置位的BPDU
- 對端收到A位被置位的BPDU後，立刻將AP口轉換爲DP口，進入轉發狀態
邊緣端口的引入
- 交換機的接口被設置爲邊緣端口，則改端口不參與生成樹的運算，一旦接入，立刻進入轉發狀態
拓撲變更機制的優化
- 判斷拓撲變化唯一標準：一個非邊緣端口遷移到Forwarding狀態
- 變更點直接產生TC BPDU觸發生成樹的重新運算，RSTP不再使用TCN BPDU
- TC BPDU會直接刪除錯誤的MAC地址表項，不再將MAC地址表項的老化時間降低爲轉發延遲，進一步提高收斂速度
BPDU保護
- 邊緣端口收到BPDU後，自動將其設置爲非邊緣端口，重新進行生成樹的計算
- BPDU保護邊緣端口配置BPDU保護，邊緣端口收到BPDU後，交換機立刻關閉該邊緣端口
根保護
- 配置了根保護的接口如果收到更優的BPDU，則進入Discarding狀態，不再轉發該BPDU
- 一段時間內收不到更優的BPDU，則改端口進入轉發狀態，保護根橋位置
TC-BPDU泛洪保護
- 如果交換機短時間收到大量的TC-BPDU，交換機會頻繁的執行MAC地址表的刪除操作和生成樹的重新運算，給設備增加負擔
- 交換機配置了TC-BPDU保護後，交換機只會處理單位時間內人爲設置的TC-BPDU的數量，超出部分交換機不處理
RSTP配置
# 系統視圖下
stp mode rstp //將交換機的STP類型更改爲RSTP
stp root primary //設置爲根橋
stp bpdu-protection //開啓BPDU保護功能
# 接口視圖下
stp edged-port enable //將當前接口設置爲邊緣端口
stp root-protection //在當前接口開啓根保護
stp tc-protection //開啓TC-BPDU保護功能
stp tc-protection threshold 5 //設置單位時間內處理TC-BPDU數量的閥值
以上內容均屬原創，如有不詳或錯誤，敬請指出。
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