STP技术

STP的原理 RSTP简介 STP的配置

STP的原理1.STP 的基本概念 STP 需要网络设备相互交换消息来检测桥接环路，交换机发送的用于构建无环路拓扑的消息称为网桥协议数据单元 PBDU （ Bridge Protocol Data Unit ）。所有支持 STP 协议的交换机都会不断接收并处理收到的 BPDU ，以保证当活动路径或设备发生故障的时候，仍然可以计算出一棵新的生成树。 在 PBDU 中都包含目的 MAC 地址 01-80-C2-00-00-00是组播地址。

STP的原理每个 BPDU 还由如下要素组成：（ 1 ）根网桥 ID ：本交换机所认为的根交换机 ID 。网桥ID 包含网桥优先级和网桥 MAC 地址。根网桥上具有最低网桥 ID 的网桥。（ 2 ）根路径成本：本交换机到根交换机的路径开销。（ 3 ）发送网桥 ID ：本交换机的网桥 ID （ BID ）。（ 4 ）端口 ID ：发送该报文的端口。（ 5 ） Message age ：报文已存活的时间。（ 6 ） Forward-Delay Time 、 Hello Time 、 Max-Age Time ：三个协议规定的时间参数。（ 7 ）其他一些诸如表示发现网络拓扑变化、本端口状态的标志位。

STP的原理PBDU 包含了上述信息，就可以完以下工作：（ 1 ）选择一台交换机为根交换机（根网桥 ID ）。（ 2 ）计算自身到根交换机的最短路径。（ 3 ）对于每个 LAN 网段，指定一台交换机作为最接近根的交换机，称它为指定交换机。指定交换机处理所有从 LAN 到根交换机的通信。（ 4 ）每个非根交换机选择自身的一个端口作为根端口，它是到根交换机路径最短的接口。（ 5 ）在每个网段上选择属于生成树一部分的端口作为指定端口。非指定端口将被阻塞掉。（ 6 ）根端口和指定端口处进入发转发状态（ Forwarding ），其他的冗余端口处于阻塞状态（ Forwarding 或Discarding ）。

STP的原理 2. 选择根网桥 每个网桥本身分配置一个惟一的标识（ BID ）。 BID 通常由网桥优先级（ 2 字节）和网桥 MAC 地址（ 6字节）所构成。根据 IEEE802d 的规定，缺省的优先级是 32768 。 如图所示，两台交换机都使用相同的缺省优先级，则具有更小 MAC 地址的交换机成为根网桥。

交换机A

缺省优先级32768

MAC 0C0011111111 MAC 0C0022222222

缺省优先级32768

BPDU 交换机B

根网桥：网桥ID最低的网段

网桥ID：网桥优先级 MAC Address

STP的原理3. STP 的工作过程 如图所示，显示了生成树协议的工作过程。

根网桥

BID=32768.CC-CC-CC-CC-CC-CC

1/2

1/21/2

1/1

1/1 1/1

成本=19 成本=19

BPDU

成本=0

BPDU

成本=0

BPDU

成本=0 19×BPDU

成本=0 19×

BPDU

成本=0 38×

网桥A

网桥B网桥C

BID=32768.BB-BB-BB-BB-BB-BB

BID=32768.AA-AA-AA-AA-AA-AA

成本=19BPDU

成本=19

① ②

③

④

⑤

根端口 根端口

网段1 网段2

网段3（ 1 ）选择根网桥三个网桥在缺省优先级是 32768 的情况下，再比较网桥 MAC 地址后，选择出根网桥为网桥 A 。（ 2 ）选择根端口网桥 C 的根端口为端口 1/1 。网桥 B 的根端口为端口 1/1 。

STP的原理（ 3 ）选择指定端口 桥接网络中的每个网段都有一个指定端口。该端口起到了单独桥接端口的作用，也就是负责发送和接收在该网段和根网桥之间的流量。包含某一网段的指定端口的网桥称为该网段的指定网桥。 网段 1 的指定端口为网桥 A （根网桥）的端口 1/1 。 网段 2 的指定端口为网桥 A 的端口 1/2 。 网段 3 中，网桥 B 的端口 1/2 的成为指定端口，网桥 C 的端口 1/2 成为非指定端口。 网桥 C 的端口 1/2 处于阻塞状态，其余端口处于转发状态，一个生成树的拓扑结构也就决定了。 根网桥

1/2

1/21/2

1/1

1/1 1/1

转发

网桥A

网桥B 网桥C

网段1 网段2

网段3

根端口 根端口

指定端口

转发

指定端口

转发 指定端口 非指定端口 阻塞

STP的原理4. STP 的路径成本 STP 的路径成本是路径上所有链路的带宽的总路径成本累积值。表中列出了 IEEE802d 规定以太网中链路的路径成本值。

带宽 IEEE802d

10Mbps 100

100Mbps 19

1000Mbps 4

STP的原理5 ． STP 的缺点STP 协议的缺陷主要表现在收敛速度上。如图所示，描述了影响到整个生成树性能的三个计时器。

Blocking（阻塞）时间

20秒

15秒

15秒

最大存活期Listening（侦听）

发送延迟Learing（学习）

发送延迟Forwarding（发送）

生成树经过一段时间（默认值是 50 秒左右）稳定之后，所有端口或者进入转发状态，或者进入阻塞状态。 STP BPDU 仍然会定时（默认每隔 2 秒）从各个交换机的指定端口发出，以维护链路的状态。

RSTP简介 生成树协议最主要的缺点是端口从阻塞状态到转发状态需要两倍的转发延时，导致网络的连通性至少要几十秒的时间之后才能恢复。

1 ．快速生成树协议 RSTP 的改进之处 RSTP 协议在 STP 协议基础上做了三点重要改进，使得收敛速度快得多（最快 1 秒以内）， IEEE802w 协议又称为快速生成树协议 RSTP （ Rapid Spanning Tree Protocol ）。

RSTP简介 第一点改进：为根端口和指定端口设置了快速切换用的替换端口（ Alternate Port ）和备份端口（ Backup Port ）两种角色，当根端口 / 指定端口失效的情况下，替换端口 / 备份端口就会无时延地进入转发状态。

1SWA SWB

2

1SWA SWB

2

第二点改进：在只连接了两个交换端口的点对点链路中，指定端口只需与下游交换机进行一次握手就可以无时延地进入转发状态。 第三点改进：直接与终端相连而不是把其他网桥相连的端口定义为边缘端口（ Edge Port ）。

RSTP简介

RSTP 协议可以与 STP 协议完全兼容， RSTP 协议会根据收到的 BPDU版本号来自动判断与之相连的交换机是支持 STP 协议还是支持 RSTP 协议，如果是与 STP 协议交换机互连就只能按 STP 的 forwarding方法，过 30 秒再 forwarding ，无法发挥 RSTP 的最大功效。

STP的配置 在进行 STP 配置时，由于交换机的类别和交换机的 IOS版本不同，STP 的配置也尽相同。

特性 默认设置enable state 在 VLAN 1上启用。最多可以支持 64个生成树实例switch priority 32768

spanning-tree port cost（可以基于每端口配置，并在配置为第 2层接入端口上使用）

128

spanning-tree port cost（可以基于每端口配置，并在配置为第 2层接入端口上使用）

1000Mbps:4100Mbps:1910Mbps:100

spanning-tree vlan port priority（可以基于每 VLAN配置，并在配置为第 2层中继端口上使用）

128

Spanning-tree vlan port cost（可以基于每 VLAN配置，并在配置为第 2层中继端口上使用）

1000Mbps:4100Mbps:1910Mbps:100

Hello 2秒转发延迟时间 15秒最大生存时间 20秒

STP的配置实例 5-4 STP 默认行为 如图所示，在两台 2950 交换机上可能会形成桥接环路，通过观察默认的 STP行为，生成树逻辑地移去了冗余链路

2950-A 2950-B

F0/12 F0/12

F0/1

PC1

F0/11 F0/11

F0/1

PC2

交叉线

直连线

STP的配置（ 1 ）实验步骤① 基本配置。② 在交换机 2950-A 上使用 show spanning-tree 命令检查 STP 。③ 在交换机 2950-B 上使用 show spanning-tree 命令检查 STP 。

（ 2 ）注意事项本实验的结果可能不同。生成树是基于交换机的 MAC 地址进行操作。