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STP#xff1a;生成树协议#xff0c;旨在将一个环型网络结构修剪成一个树型的结构#xff0c;达到防环的作用 STP的步骤
STP有如下几个步骤#xff0c;选举出四种角色#xff0c;共同构建起STP生成树
1、开启生成树的交换机#xff0c;会互相发送BPDU 2、交换…STP目的
STP生成树协议旨在将一个环型网络结构修剪成一个树型的结构达到防环的作用 STP的步骤
STP有如下几个步骤选举出四种角色共同构建起STP生成树
1、开启生成树的交换机会互相发送BPDU 2、交换完BPDU信息之后在通过SPA算法确定这个网络中存在像下图这样的环路就会开始选举一个交换机为根桥 3、选举出根桥后会根据哪个端口离根桥最近的基本原则去选举出根端口RP 4、选举出根端口后在每一条STP链路上会选举出指定端口DP 5、全部的端口都已经基本确定接下来将没有生成树角色的端口进行阻塞掉即可Block STP中的角色
STP中选举的过程中诞生出了几种端口角色和交换机角色
交换机角色根桥ROOT端口角色根端口RP指定端口DP
根桥的产生
先来了解一下根桥的产生在互相发送BPDU的信息中存在着每台设备的Bridge ID也就是桥id
选举根桥的时候会优先比较桥id桥id更小的成为根桥 若是桥id一致时则会比较优先级优先级越小的成为根桥同时根桥是可以由我们手动进行配置的但优先级必须是4096的整数倍 手动修改交换机STP优先级命令如下
spanning-tree mode stp //开启生成树并配置其模式为stp
spanning-tree priorit ? //查看优先级范围结果显示只能为4096的整数倍0-61440 Bridge priority in increments of 4096 (default value: 32768)
spanning-tree priorit 4096 //配置优先级为4096如果再不济优先级相同的话可以比较MAC地址MAC地址更小的则成为根桥
MAC地址可以通过show sysmac查看
根端口RP的产生
在表面上来看根端口的产生是根据在非根交换机上哪个端口离根交换机最近的
实际上这句话的信息量很大1、根端口是产生于非根交换机上而不会产生根交换机上
2、离根交换机最近就需要看几个方面①收到BPDU的cost值即该端口去往根交换机所产生的开销当然开销越小大多数离的越近
注意这里不是普通的cost值而是端口接收BPDU的cost值
如下图通过计算开销得知当然是①和②端口成为根交换机 当然我们可以手动地去修改端口接收BPDU的cost值
int g0/1 //进入端口
spanning-tree cost ? //查看g0/1接收BPDU的cost值的范围 1-200000000 Port path cost如果将接收BPDU的cost值改为一致就需要比较在收到BPDU报文中桥id值根据越小越优先的原则桥id值最小的BPDU的接收端口将成为根端口RP其实某种意义上这样的方式也是变相地决定了桥id值最小的是离根交换机最近的端口因为本身根桥的桥id就是最小的所以哪个端口最先收到这个BPDU报文哪个端口就是离根交换机最近的端口 当然前面我们在选举根桥的时候就遇到了桥id一致的情况这时就要看我们BPDU的端口id了即端口优先级依然是越小越优先的原则哪个端口的端口id越小则哪个端口就将成为根端口RP。同样地端口id/端口优先级的数值也是可以进行配置的但需要注意的是端口id只能是16的整数倍
int g0/1 //进入g0/1端口更改BPDU端口id
spanning-tree port-priority ? //查看端口id可配置范围0-240 Port priority in increments of 16 (default value: 128) //范围为0-240且为16的整数倍默认值为128指定端口DP的产生
在选举完根桥、根端口后就会开始指定端口的选举需要注意的是与前两者不同指定端口产生的范围是在每个开启STP的链路上
也就是说每个STP的链路上都会选举出一个指定端口指定端口最重要是通过比较同一条链路上BPDU
与选举根端口的套路相似也是越小越优先比较的顺序也相似只不过场景变换成了在链路上的端口而不是在同一台交换机上的端口
1、先比较链路上发送BPDU端口中的cost值cost较小的发送端口将成为指定端口DP 2、若是cost值一致则比较发送端口发送BPDU的桥id大小也是根据越小越优先的原则桥id较小的成为DP 3、最后若是桥id一致则在同一条链路上比较端口上发送BPDU的port id也就是端口id/端口优先级port id较小的则成为DP
实际上因为根端口一旦确定就代表着指定端口也已经确定下来了。因为根端口和指定端口的选举看的东西都是一样的如cost值、桥id、端口id
Block端口的产生
Block端口即阻塞端口这就很简单了那些除了RP和DP的端口都是被阻塞的端口 RP、DP的作用
前面说了RP、DP是怎么产生的但是还没有讲它们的作用是怎么样的
RP是用来接收BPDU报文的
DP是用来发送BPDU报文的
没错就是这么的简单!!!
生成树的几个状态
从交换机通过spanning-tree命令开启生成树到生成树建立完成或是故障恢复时交换机一共经历了4个阶段
1、blocking阻塞阶段。2、listening监听阶段。3、learning学习阶段。4、forwarding转发阶段这也是表示创建成功的最后一个阶段
其中当出现某条线路故障的时候生成树因为原本起到了一个阻塞端口的作用就表示哪个阻塞的端口可以成为备份端口当网络出现故障的时候还有备份端口顶上去
其中恢复故障也是需要一定的时间的从监听到学习MAC地址就要花费30s的时间而由学习MAC地址表完成则又需要15s的时间
还有一种端口状态为disable可以理解为STP中最懒的一个端口状态
这五种端口状态除了在不同时期体现出来还体现在BPDU报文的处理
1、disable状态不接受、不发送和不监听BPDU报文 2、blocking状态不接收、不转发数据接收但是不转发BPDU报文这叫做持续监听BPDU报文不会对地址进行学习
监听的目的则是时刻保证生成树的能够重新计算 3、listening不接受、不转发数据接收并发送BPDU报文不会对地址进行学习
端口角色的选举 4、learning不接受、不转发数据接收并发送BPDU报文开始对地址进行学习 5、forwarding开始接收并转发数据接收并发哦是那个BPDU报文对地址进行学习 STP原理
上述说的一切一切都是基于STP所用的算法即SPA算法
开启STP之后SPA算法会判断在网络中是否有环路只有产生了环路才会进行后续的工作
判断有环路之后SPA就会使得交换机发送BPDU报文使得BPDU报文在交换机之间进行交换
各个交换机根据收到的BPDU报文依据BPDU报文中的各类信息如桥idcost值和端口id进行各类端口角色的选举
SPA和BPDU
BPDU就是由SPA算法进行发送的
上述进行说到BPDU中的桥id、cost值和端口id实际上桥id、cost值和端口id就是BPDU报文中包含的信息
桥id桥id是由MAC地址交换机开启STP的优先级组成
cost根路径开销就是交换机到达根交换机的开销值。这个开销值是依赖于带宽的带宽越大开销值就越低
端口id端口id由端口的优先级和端口的编号所组成
恢复故障时间以及场景
当网络出现故障或是网络拓扑出现变化的时候生成树才会进行重新的收敛
重新收敛可以理解为交换机重新进行生成树的计算
所以重新收敛的时间开启生成树接口的时间接口进入转发状态的时间
而这个重新收敛的时间取决不同的场景但可以肯定的是至少需要30s的时间前15s用来从listening状态到learning状态。这个前15s是用来进行各个端口角色的重新选举了后15s就是从learning状态到forwarding状态这个后15s使用来学习MAC地址表的
而故障的类型主要分为直连故障和非直连故障
直连故障需要30s的时间来恢复如下图这30s就是前面经常提到的listening----learning的15slearning -----forwarding的15s30s 非直连故障
非直连故障则需要等待50s的恢复时间即上述说过的重新计算的30s等待老化时间20s50s
非直连故障主要在于理解那个老化时间是什么
老化时间类似于OSPF中的hello时间因为网络使一个动态的过程随时都有可能发生变化
所以交换机就是通过老化时间经过固定的时间后重新了解网络拓扑发生的什么变化
简单来说交换机也不能闭门造车也需要看看外面的世界发生了什么 STP配置
STP的配置非常简单只需要开启生成树配置优先级即可
SW1(config)#spanning-tree
SW1(config)#spanning-tree mode stp //默认开启的是MSTP
SW1(config)#spanning-treen port-priority ? //查看优先级的配置范围
0-240 Port priority in increments of 16 (default value: 128)STP高级特性之postfast端口
postfast端口最主要是针对在生成树当中交换机与PC相连的接口
由于与PC相连的接口是没有必要列入到生成树的计算当中的否则将会产生不必要的时间进行运算
还有最重要的一点是若是下连PC的端口没有配置的portfast端口的话则会导致下连PC的端口也参与到生成树的计算当中由于SPA的计算至少需要30s时间所以会导致用户的上网体验及其不佳
配置的portfast端口之后则会直接跳过那SPA计算的30s即直接进入forwarding状态 为什么Portfast端口还会发送BPDU呢因为portfast端口需要让其它生成树范围内的端口认为这是一个portfast端口
但如果一不小心将portfast端口加入到与交换机连接的端口的话由于portfast不会进行生成树的计算
一旦不进行生成树的计算的话就会容易出现大问题即产生环路因为不做生成树配置的端口就相当于普通的端口一样了
所以当一个portfast端口收到了BPDU报文之后则经过30s(2个forwarding delay时间)后porttfast端口将会重新到生成树的计算当中即进入forwarding的状态 配置命令
int g0/1
spanning-tree portfastSTP高级特性之BPDU Guard
BPDU Guard意思为BPDU 保护BPDU保护是针对那些不应该受到BPDU报文的端口如(portfast端口)
当配置上BPDU Guard端口之后如果再次收到了BPDU报文之后就会立即关闭端口即非人为的shutdown掉端口
并将端口设置为error-disabled状态意思就是错误地关闭 如果想将error-disabled端口重新开启之后的话有两种方式手动和自动
1、手动开启端口进入端口之后敲no shutdown
2、全局下配置命令
errdisabled recovery interval 300s //将error-disabled的端口经过30s之后重新开启BPDU Guard端口的配置
1、可以选择全局下配置
spanning-tree portfast bpduguard default2、在接口下启用BPDU Guard
int g0/1
spanning-tree bpduguard enabledSTP高级特性之BPDU Filter
BPDU Filter最主要的功能是过滤掉接口上收到或发出的BPDU报文
如果将BPDU Filter与portfast端口相互结合原本还发送BPDU的portfast报文的端口现在变为即不接收BPDU报文也不发送BPDU报文了 需要注意的是portfastBPDU Filter的组合当portfast失效了之后则BPDU Filter也就失效了
因为portfast端口失效后就表示开始发送BPD报文了由于BPDU Filter的作用是过滤收到或发出的BPDU报文那中不能对自己的BPDU报文进行过滤吧
BPDU Filter端口的配置命令
全局模式下配置
spanning-tree portfast bpdufilter default接口下配置
int g0/1
spanning-tree bpdufilter enabledSTP高级特性之TC-protection
TC-protection即为TC-BPDU的保护
我们首先需要了解TC-BPDU这种包TC-BPDU就是一个携带者TC标志的BPDU报文
当交换机收到TC-BPDU报文之后则表示网络拓扑发生了变化交换机会进行对MAC地址表项的删除动作对于三层交换机还会引发转模块的重新打通并改变ARP表项的端口状态
知道了TC-BPUD后就需要了解TC-BPDU报文带来的隐患若是这个时候有一台黑客PC机对SW2不断的发出TC-BPDU报文则SW2会将不断地重复删除MAC地址表项和引发转模块的重新打通并改变ARP表项的端口状态的动作这会使得SW2的CPU负荷迅速地增高 当我们配置上了TC-protection端口之后交换机会每隔一个固定的时间段(通常是4s)再去进行MAC地址表的删除操作同时监控该时间段内是否受到了TC-BPDU报文如果有则交换机会在改时间超时之后再进行一次删除的操作
如下由于黑客PC不断发出了TC-BPDU报文SW2上又配置了TC-protection端口则SW2每隔4s才会对MAC地址表进行删除 TC-protection端口的配置命令
在全局下配置
spanning-tree tc-protectionSTP的实验结果
查看生成树的结果
show spanning-tree summary
