前沿导入

企业网三层架构—>冗余—>线路冗余—>二层桥接环路
互联网三层架构（每一层再分三层）

二层环路导致问题：

• 广播风暴
• MAC地址表翻滚（在一台交换机上，同一个MAC地址只能映射唯一的接口；但是同一个接口可以映射多个不同的MAC地址）（不停的刷新）
• 同一数据帧的重复拷贝

以上3个问题将不断占用硬件资源，逐渐导致设备性能极限，设备过热保护，重启或关机

于是就出现了生成树来解决以上3个问题

生成树

在一个二层交换网络中，生成一棵树型结构，逻辑的阻塞部分接口， 使得从根到所有的节点仅存在唯一的路径；当最佳路径故障时，自动打开部分阻塞端口，来实现线路备份的作用。
生成树在生成过程中，应该尽量的生成一棵星型结构，且最短路径树；（逻辑阻塞交换网络中的部分接口；实现从根到所有节点唯一尽量最短路径；当最佳链路故障时，再打开部分阻塞端口，来恢复通讯，实现链路备份）

存在算法：802.1D 用在网桥（交换机）上（最老的算法）   PVST  PVST+（Cisco）  RSTP（802.1w）   MSTP（802.1s）

802.1D

一个交换网络内仅存在一棵生成树实例
交换机间使用BPDU（桥协议数据单元），交换机间沟通互动收发的数据

配置BPDU：
只有根网桥可以发送，在交换网络初始状态，所有交换机均定义本地为根网桥， 进行BPDU的发送，使得网络中所有交换机均收到其他设备的BPDU，之后基于数据中的参数进行对比，选举出根网桥，再所有非根网桥不再发送BPDU， 而是仅接收和转发根网桥的BPDU；周期2s发送，hold time 20s；

TCN：拓扑变更消息（也是BPDU）
本地交换机链路故障后，STP重新收敛， 为了快速刷新全网所有交换机的MAC表，将向本地所有 STP接口发送TCN（标记位中的TCN位置1），邻居交换机收到TCN后，先标记为 ACK位为回复，用于可靠传输信息，之后将TCN逐级转发到根网桥处， 由根网桥回复TC消息逐级回复到所有交换机；使所有交换机临时将MAC表的老化时间修改为15s（默认的，转发延时）

角色选举

根网桥（root），根端口，指定端口，阻塞端口（非指定端口）

根网桥

在一棵生成树实例中，有且仅有一台交换机为root，由BPDU中的桥ID来决定（是一台交换机，在每一棵树中只有一台，周期发送BPDU，计算整棵树形结构，保活和指挥整棵树的收敛）

• 比较BPUD中的桥ID = BID
• BID = 优先级，默认32768，0-65535，小优。若优先级相同，比较MAC地址数值，小优

透明交换机无MAC地址，自然不支持生成树
支持STP的交换机，一定也支持SVI技术，SVI技术可以让交换机配置IP地址，成为源或目标设备，自然出厂时携带MAC地址，STP可以借用该MAC地址
BID = 网桥优先级 + MAC地址

桥ID = 网桥优先级（0-65535公有）默认32768 + MAC地址（只有存在svi接口的交换机才拥有mac地址，若存在多个mac，选数值最小的）

根网桥的选举：先比较网桥优先级，小优；若优先级相同，比较mac值，小优

根端口

是一个接口
在每台非根网桥上，有且仅有一个接口成为根端口，是本地距离根网桥最近的接口（最短，星型），用来接收来自根网桥的BPDU，也正常转发用户的流量（该接口不阻塞）
规则：

1.比较从根网桥发出后，通过该接口进入时最小的cost值，小优
2.如果入向cost值相同，比较该接口对端（上一级）设备的BID，小优
3.如果对端BID也相同，比较该接口对端（上一级）设备的接口PID，小优
4.如果对端PID也相同，比较本地PID，小优

PID = 接口优先级（0-255）默认128，小优 + 接口编号，小优

指定端口

在每一段存在STP的物理链路上，有且仅有一个（链路上只有一个），转发来自根网桥的BPDU，同时可以转发用户流量（不阻塞）；默认根网桥上所有接口为指定端口（一个接口，在每一条两端均运行stp的物理链路上，有且仅有一个接口，转发来自根的BPDU，也正常转发用户数据，不被阻塞）
根端口对端为指定端口，根网桥上所有接口为指定端口
规则：

1.比较从根网桥发出后，通过该接口转出时的最小cost值，小优
2.若出向cost值相同，比较本地的BID，小优
3.若本地BID相同，比较本地的PID，小优
4.若本地PID相同，将直接阻塞该端口

非指定端口（阻塞端口）

当以上所有角色全部选举完成后，剩余没有任何角色的接口为非指定端口，该接口逻辑阻塞，不是down，实际可以接收到信息，但不转发任何流量；主要在关注BPDU数据

cost值

不同带宽，存在不同cost

802.1D标准         802.1T标准
10M = 100          100M = 200000
100M = 19          1000M = 20000 
1000M = 4          10000M = 2000
10000M = 2 
>100000M = 1

[SWA]stp pathcost-standard ?    默认华为使用802.1T标准
 dot1d-1998  IEEE 802.1D-1998
  dot1t       IEEE 802.1T
  legacy      Legacy

注：在生成树协议中，至少应该将根网桥干涉到汇聚层处

接口状态

down

仅STP运行，没有BPDU收发，一旦可以进行BPDU收发将进入下一状态

侦听

强制15s；所有交换机进行BPDU收发，选举所有角色，接口角色为非指定端口直接进入阻塞状态；若为指定端口和根端口进入下一个状态

学习

强制15s；指定端口和根端口学习所有接口连接设备的MAC地址，生成MAC表，之后进入下一状态（关注用户流量中的源mac地址，生成MAC表，之后进入转发状态）

转发

指定端口和根端口进入转发状态，可以转发用户报文（只有进入转发状态后，方可进行用户数据的转发）

阻塞

逻辑阻塞
注：只有等接口进入到转发状态后，才能为用户转发数据报文，之前的30s不能转发任何数据

收敛时间

初次收敛：30s = 15s侦听 + 15s学习

当结构发生变化时

• 存在直连检测：本地存在阻塞端口，若其他端口断开，该阻塞端口马上进入15s侦听（选举），结果若为启用，那么将再进入15s学习，总共30s

• 

• 非直连检测：本地不存在阻塞端口，若某个端口断开，将发送次优BPDU（以本地为根）给其他交换机，其他交换机无视该数据，进行20s hold time计时，到时间阻塞接口进入15s侦听，15s学习，总共50s

• 

802.1D缺点

1.收敛时间满
2.链路利用率低

802.1D配置命令

[sw1]stp mode stp   修改为802.1d算法，当下华为默认为MSTP；
[sw1]stp priority 4096    修改网桥优先级

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp cost ?   修改接口cost值
  INTEGER<1-200000000>  Port path cost

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp port priority ?  修改接口优先级
  INTEGER<0-240>  Port priority, in steps of 16

PVST

Cisco私有，基于vlan的生成树协议
在每个vlan内，存在一棵树，每个树的工作原理同802.1D一致；不同vlan的BPDU区别在于优先级；
优先级=4096倍数+vlan id 人为仅可修改4096倍数备份，且只能修改为4096的整倍
仅支持 trunk干道封装为ISL（cisco私有封装）
（主要在802.1D的基础上，提高了链路的利用率，一个vlan一棵树，一棵树内部正常进行所有802.1D计算。将不同vlan的根网桥放置于不同汇聚层设备处，可以实现所有链路均存在部分vlan可以通讯，且互为备份）

缺点：

• 树多（Cisco设备使用专门的芯片来处理stp流量）
• 收敛慢
• 在trunk干道上仅支持ISL（Cisco私有）封装，不支持802.1Q封装

PVST+

再PVST的基础上，兼容802.1Q的trunk封装，且设计了部分的加速（3种加速）

• 端口加速：连接终端的接口，不需要30s
• 上行链路加速：针对直连检测条件下的阻塞端口，不需要30s，同时本地网桥优先级自动被加大，故只能在接入层交换机配置
• 骨干加速：针对次优BPDU，所有交换机均可配置，在接收到次优BPDU时，省去20s hold time时间
• 

缺点：

• 收敛慢（加速不彻底）
• 树多（仅cisco存在单独的芯片，友商无法负荷）
• 私有协议

快速生成树RSTP

彻底提速，不再计时
【1】RSTP ：PVST+的升级版，私有，基于一个vlan一棵树，同时快速收敛
【2】802.1w：802.1D的升级版，公有，一个交换网络一棵树，同时快速收敛
取消了计时器，在完成了一个状态的工作后，快速换到另一个状态

cisco的RSTP   ---    基于vlan的快速生成树  - 一个vlan一棵树    pvst+的升级
公有RSTP（802.1w） --- 整个交换网络一棵树                       802.1d的升级
快速的原理：
1、取消了计时器，而是在一个状态工作完成后，直接进入下一状态；
2、分段式同步，两台设备间逐级收敛；使用请求和同意标记；依赖标记位的第1和第6位
3、BPDU的保活为6s；hello time 2s；
4、将端口加速（边缘接口）、上行链路加速、骨干加速集成了
5、兼容802.1d和PVST，但802.1d和PVST没有使用标记位中的第1-6位，故不能快速收敛；因此如果网络中有一台设备不支持快速收敛，那么其他开启快速收敛的设备也不能快速；
当tcn消息出现时，不需要等待根网桥的BPDU，就可以刷新本地的cam表；  

切记:接口默认为半双工时，即便允许RSTP，依然基于慢速的802.1D算法来收敛；
[sw1]stp mode rstp
边缘接口---用于连接PC的接口，一旦被设定为边缘接口；将不再进行BPDU的发送，且不进行STP的收敛，直接为转发状态；  但若该接口收到了对端的BPDU，将失去边缘特性，重新正常收敛；
[sw1]interface GigabitEthernet 0/0/1
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp edged-port enable

[sw1]stp priority ?  修改网桥优先级
  INTEGER<0-61440>  Bridge priority, in steps of 4096 

[sw1]stp root ?  快速定义根网桥角色
  primary    Primary root switch
  secondary  Secondary root switch

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp port  priority ?   修改接口优先级
  INTEGER<0-240>  Port priority, in steps of 16

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp cost ? 修改接口cost
  INTEGER<1-200000000>  Port path cost 

私有快速生成树：优点（分流，链路利用率高），缺点（树多，需要专门芯片管理）
公有快速生成树：一个网络一棵树，利用率低

基于组的快速生成树

MSTP

MSTP（802.1s）基于组的快速生成树协议，一个组一棵树，一个组内可以管理多个vlan
各个组的BPDU，参考PVST的方案，基于网桥优先级，4096*n+组号
默认存在组0，且默认所有vlan处于组0

MSTP/MST/802.1S     华为设备默认使用该协议
继承了快速生成树的基础；  将多个vlan放置于一个组内，基于每个组一棵生成树；
不同组间的BPDU中优先级= 4096倍数+组号
[r1]stp mode mstp
默认存在组0，且所有vlan默认处于该组；优先级= 32768+0
分组
[sw1]stp enable 
[sw1]stp region-configuration 
[sw1-mst-region]region-name a    所有设备应在一个组内
[sw1-mst-region]instance 1 vlan 1 to 5
[sw1-mst-region]instance 2 vlan 6 to 10
[sw1-mst-region]active region-configuration     激活当前配置（必须配置该指令）
切记：若将创建某个组，但该组内的vlan，在本交换机上没有创建，同时没有为该vlan服务的接口；该组将没有任何信息；整个交换网络中所有设备的分组信息必须完全一致；
定义本地为组1 的主根，组2 的备份根
stp instance 1 root primary      优先级修改为0
stp instance 2 root secondary    优先级修改为4096


[sw1]stp instance  1  priority ?
  INTEGER<0-61440>  Bridge priority, in steps of 4096

[sw1]interface GigabitEthernet 0/0/1
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp instance 1 cost ?
  INTEGER<1-200000000>  Port path cost

[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp instance 1 port priority ?
  INTEGER<0-240>  Port priority, in steps of 16
https://blog.csdn.net/xieyunc/article/details/82785340