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- 企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)怎么防止網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)環(huán)路？學會STP生成樹技術(shù)就可以解決啦。
STP簡介
在二層交換網(wǎng)絡(luò)中，一旦存在環(huán)路就會造成報文在環(huán)路內(nèi)不斷循環(huán)和增生，產(chǎn)生廣播風暴，從而占用所有的有效帶寬，使網(wǎng)絡(luò)變得無法正常通信。
在這種環(huán)境下生成樹協(xié)議應(yīng)運而生，生成樹協(xié)議是一種二層管理協(xié)議，它通過有選擇性地阻塞網(wǎng)絡(luò)冗余鏈路來達到消除網(wǎng)絡(luò)二層環(huán)路的目的，同時具備鏈路備份功能。
生成樹協(xié)議和其他協(xié)議一樣，是隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展而不斷更新?lián)Q代的。最初被廣泛應(yīng)用的是IEEE802.1D-1998 STP（Spanning Tree Protocol，生成樹協(xié)議），隨后以它為基礎(chǔ)產(chǎn)生了IEEE 802.1w RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol，快速生成樹協(xié)議）和IEEE 802.1s MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol，多生成樹協(xié)議）。
三種生成樹協(xié)議特點比較：
| 生成樹協(xié)議 | 特點 | 應(yīng)用場景 |
| STP |
| 無需區(qū)分用戶或業(yè)務(wù)流量，所有VLAN共享一棵生成樹。 |
| RSTP |
| |
| MSTP |
| 需要區(qū)分用戶或業(yè)務(wù)流量，并實現(xiàn)負載分擔。不同的VLAN通過不同的生成樹轉(zhuǎn)發(fā)流量，每棵生成樹之間相互獨立。 |
STP實現(xiàn)說明
華為實現(xiàn)說明
- STP在交換機所有版本，所有形態(tài)都支持。
- 華為交換機默認STP模式是MSTP。需要運行STP或RSTP模式時，必須要手動配置。
- 華為交換機在STP模式下，使用的端口角色和RSTP是一樣的，也就是說支持下面5種端口角色：指定端口、根端口、Alternate端口、Backup端口和邊緣端口。
- 華為交換機在STP模式下，支持下面4種保護功能：BPDU保護、Root保護、環(huán)路保護和防TC-BPDU攻擊保護。
- 版本差異說明：
- 從V100R006版本開始，華為X7交換機全局默認使能STP功能。
- V200R001版本及之后版本，開始支持邊緣端口屬性自動探測功能。即如果端口從未收到過BPDU報文，則邊緣端口屬性自動生效（端口下不會自動生成stp edged-port enable配置）。
- V200R001版本及之后版本，如果端口已經(jīng)配置stp edged-port enable，可以再配置根保護和環(huán)路保護，而其他版本會提示Error。
其他廠商實現(xiàn)
- H3C交換機STP相關(guān)命令配置與S系列交換機基本沒有差異。
- H3C交換機默認采用legacy標準來計算路徑開銷，而S系列交換機默認為dot1t。在與S系列交換機對接時，建議配置相同的計算標準。
- 某些H3C老形態(tài)設(shè)備，全局不使能STP或全局使能端口不使能STP時，端口收到BPDU報文后，可以當做普通組播數(shù)據(jù)報文在VLAN內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)。S系列交換機端口默認會丟棄。
Cisco交換機所支持的生成樹協(xié)議類型分別有：PVST（Per VLAN Spanning Tree）、PVST+（Per VLAN Spanning Tree Plus）、Rapid-PVST+（Rapid Per VLAN Spanning Tree Plus）和MST（Multiple Spanning Tree）。這幾種生成樹協(xié)議的某些BPDU報文采用其私有的報文格式，與IEEE標準的BPDU報文格式不一樣。
- 當Cisco交換機運行私有的PVST+或Rapid-PVST+生成樹協(xié)議時，與S系列交換機能否互通，取決于Cisco側(cè)的端口鏈路類型：
- 如果端口鏈路類型為trunk且退出VLAN 1，與S系列交換機無法實現(xiàn)互通。Cisco側(cè)端口在非VLAN 1中發(fā)送其私有的BPDU報文，S系列交換機默認不會處理該報文，當做普通組播數(shù)據(jù)報文進行轉(zhuǎn)發(fā)，可以通過配置l2protocol-tunnel進行透傳。S系列盒式交換機通過l2protocol-tunnel透傳PVST+報文時，全局需要配置bpdu mac-address 0100-0ccc-cccd。
- 如果端口鏈路類型為trunk而且加入VLAN 1，只可以在VLAN 1中與S系列交換機互通。
- 如果端口鏈路類型為access，可以與S系列交換機互通。
- 當Cisco交換機運行MST協(xié)議時，可以理解為標準的MSTP模式，可以與S系列交換機互通。但是需要注意：在使用MSTP協(xié)議的S系列交換機與使用MST的Cisco交換機采用相同的域配置（域名、修訂級別、VLAN與實例的映射關(guān)系）的情況下，要想實現(xiàn)域內(nèi)互通，需要在S系列交換機端口配置摘要偵聽功能stp config-digest-snoop。這是兩者由于采用不同的密鑰來生成MSTP的摘要信息，因此端口發(fā)送的BPDU報文中的摘要信息不同。由于摘要信息不同，則屬于不同的MST域，會進行域間互通。
注意以下介紹的STP是狹義的STP，即IEEE 802.1D-1998 中定義的STP 協(xié)議。
STP原理
協(xié)商原則
STP協(xié)議是根據(jù)4個維度進行選舉協(xié)商的，設(shè)備之間通過發(fā)送BPDU報文，經(jīng)過4個維度的比較，最終會阻塞綜合能力最差的端口。
選舉維度(橋ID，累計根路徑開銷，發(fā)送設(shè)備BID，發(fā)送端口PID)
| 維度 | 定義 | 作用 |
| 橋ID | BID（Bridge ID），是由16位的橋優(yōu)先級（Bridge Priority）與橋MAC地址構(gòu)成。BID橋優(yōu)先級占據(jù)高16位，其余的低48位是MAC地址。 | 確定根橋。橋ID最小的設(shè)備會被選舉為根橋。 |
| 累計根路徑開銷 | 某端口到根橋累計的路徑開銷就是所經(jīng)過的各個橋上的各端口的路徑開銷累加而成。 | 選舉根端口、指定端口和阻塞端口時使用。 |
| 發(fā)送設(shè)備BID | 發(fā)送BPDU報文的橋ID。 | 選舉根端口、指定端口和阻塞端口時使用。 |
| 發(fā)送端口PID | 發(fā)送BPDU報文的端口ID。 PID由兩部分構(gòu)成的，高4位是端口優(yōu)先級，低12位是端口號。 | 只在存在Backup端口時使用。 |
角色和狀態(tài)
經(jīng)過4個維度的比較，最終會協(xié)商出端口的角色和狀態(tài)，確定報文流量的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。STP角色的定義，如圖所示。
- 根橋：就是橋ID最小的設(shè)備。橋ID是由16位的橋優(yōu)先級與橋MAC地址構(gòu)成。BID橋優(yōu)先級占據(jù)高16位，其余的低48位是MAC地址。華為交換機默認橋優(yōu)先級都是32768。所以在不修改橋優(yōu)先級時，MAC地址最小的設(shè)備就是根橋。
- 指定端口：就是負責轉(zhuǎn)發(fā)BPDU報文的端口。根橋上的端口都是指定端口。該端口可以正常轉(zhuǎn)發(fā)流量。
- 根端口：就是去往根橋路徑開銷最小的端口。該端口可以正常轉(zhuǎn)發(fā)流量。
- 阻塞端口：就是禁止轉(zhuǎn)發(fā)流量的端口。
從上面的官方定義，可以看出：STP協(xié)商完成后，端口要么被阻塞，要么正常轉(zhuǎn)發(fā)報文。其實在STP進行協(xié)商的過程中，是有一些中間狀態(tài)的。
| 端口狀態(tài) | 目的 | 說明 |
| Forwarding | 端口既轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量也處理BPDU報文。 | 只有根端口或指定端口才能進入Forwarding狀態(tài)。 |
| Learning | 設(shè)備會根據(jù)收到的用戶流量構(gòu)建MAC地址表，但不轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量。 | 過渡狀態(tài)，增加Learning狀態(tài)防止臨時環(huán)路。 |
| Listening | 確定端口角色，將選舉出根橋、根端口和指定端口。 | 過渡狀態(tài)。 |
| Blocking | 端口僅僅接收并處理BPDU，不轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量。 | 阻塞端口的最終狀態(tài)。 |
報文格式
STP協(xié)議報文是通過BPDU報文封裝的，目的MAC是組播MAC：01-80-C2-00-00-00，封裝格式是IEEE 802.3。
BPDU報文處理流程
BPDU報文的分類
-
- 配置BPDU報文：根據(jù)Flags標記位，分為3類
??? 第一類配置BPDU報文: Flags的TCA和TC位都置為0的配置BPDU報文
??? 第二類配置BPDU報文: Flags的TCA和TC位都置為1的配置BPDU報文
??? 第三類配置BPDU報文:Flags的TCA位置為0，TC位置為1的配置BPDU報文
-
- TCN BPDU報文： BPDU Type為0x80的BPDU報文，叫做TCN BPDU報文
BPDU報文的處理流程
BPDU報文格式
- 配置BPDU報文：BPDU Type為0x00的BPDU報文，都叫做配置BPDU報文
- 第一類配置BPDU報文: Flags的TCA和TC位都置為0的配置BPDU報文
該報文用于STP狀態(tài)的協(xié)商和維持。具體報文格式如下：
- 第二類配置BPDU報文: Flags的TCA和TC位都置為1的配置BPDU報文
該報文用于通知下游設(shè)備停止發(fā)送TCN BPDU報文。具體報文格式如下：
- 第二類配置BPDU報文: Flags的TCA位置為0，TC位置為1的配置BPDU報文
該報文用于通知下游設(shè)備刪除MAC地址表項。具體報文格式如下：
- TCN BPDU報文：BPDU Type為0x80的BPDU報文，叫做TCN BPDU報文，用于通知上游設(shè)備網(wǎng)絡(luò)拓撲變更。具體報文格式如下：
使用注意事項
- 盒式交換機需要通過“bpdu enable”使能BPDU報文上送CPU處理的功能，才能使STP報文上送CPU處理，否則STP狀態(tài)無法收斂。
V100R005及之前版本，在S2700系列設(shè)備，檢查全局是否配置bpdu enable；其他系列盒式交換機，檢查物理端口、Eth-trunk接口下是否配置bpdu enable。
V100R006及后續(xù)版本，對應(yīng)形態(tài)設(shè)備全局或端口默認使能bpdu enable。
- Eth-Trunk接口使能STP時，建議修改Eth-Trunk接口的cost值使其小于物理端口的cost值，使其不易協(xié)商為備份端口。一是因為Eth-Trunk接口的開銷為單個成員接口的開銷除以成員接口數(shù)量，當成員口狀態(tài)變化時Eth-trunk接口的cost值會變化；二是cost值越小說明鏈路質(zhì)量越高。
- 通過命令“display stp brief”查看端口狀態(tài)時，只會顯示使能STP且UP的端口。
- 可以通過修改路徑開銷和發(fā)送者的BID，選擇阻塞指定的端口。
配置舉例
組網(wǎng)需求
如圖所示，當前網(wǎng)絡(luò)中SwitchA、SwitchB、SwitchC和SwitchD通過環(huán)形組網(wǎng)備份鏈路。希望通過運行生成樹協(xié)議阻塞端口，將環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)修剪成無環(huán)路的樹形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
- 在主鏈路故障時，對切換到備份鏈路的時間要求不高，要求配置簡單，所以這里使用STP模式。
- SwitchA設(shè)備的性能較高，希望作為根橋，SwithB為備份根橋。
- SwtichC和SwitchD設(shè)備連接用戶，希望阻塞SiwtchC和SwitchD之間的鏈路。
- SwitchC和SwitchD連接用戶的接口GE0/0/3不要參與STP計算。
配置思路
采用如下的思路配置STP：
- 配置模式是STP模式。
- 配置SwitchA為根橋，SwitchB為備份根橋。
- 統(tǒng)一使用默認路徑開銷。華為交換機默認的路徑開銷計算標準使用的是標準的dot1t。GE接口默認路徑開銷是20000，而Ethernet接口默認路徑開銷是200000。注意：eNSP模擬器中，STP的路徑開銷默認是1。
- SwitchC和SwitchD的GE0/0/3端口去使能STP協(xié)議。
- SwitchA、SwitchB、SwitchC和SwitchD使能STP協(xié)議。
操作步驟
步驟1：配置模式為STP模式。
| <HUAWEI> system-view [HUAWEI] sysname SwitchA [SwitchA] stp mode stp |
| <HUAWEI> system-view [HUAWEI] sysname SwitchB [SwitchB] stp mode stp |
| <HUAWEI> system-view [HUAWEI] sysname SwitchC [SwitchC] stp mode stp |
| <HUAWEI> system-view [HUAWEI] sysname SwitchD [SwitchD] stp mode stp |
步驟2：配置SwitchA為根橋，SwitchB為備份根橋。
| [SwitchA] stp root primary ??//也可以使用命令stp priority 0 配置優(yōu)先級為0，和stp root primary的作用是一樣的。 |
| [SwitchB] stp root secondary ?//也可以使用命令stp priority 4096 配置優(yōu)先級為4096，和stp root secondary的作用是一樣的。 |
步驟3：去使能SwitchB和SwitchC設(shè)備GE0/0/3端口的STP功能。
| [SwitchC] interface gigabitethernet0/0/3 [SwitchC-GigabitEthernet0/0/3] stp disable [SwitchC-GigabitEthernet0/0/3] quit |
| [SwitchD] interface gigabitethernet 0/0/3 [SwitchD-GigabitEthernet0/0/3] stp disable [SwitchD-GigabitEthernet0/0/3] quit |
步驟4：全局使能STP功能。
華為X7系列交換機默認是使能，該步驟可以省略。
| [SwitchA] stp enable |
| [SwitchB] stp enable |
| [SwitchC] stp enable |
| [SwitchD] stp enable |
步驟5：驗證配置結(jié)果。
?查看STP簡要信息，通過STP簡要信息可以快速的看出端口的角色和狀態(tài)。
配置文件
SwitchA的配置文件
| # sysname SwitchA # stp mode stp stp instance 0 root primary # return |
SwitchB的配置文件
| # sysname SwitchB # stp mode stp stp instance 0 root secondary #? return? |
SwitchC的配置文件
| # sysname SwitchC? #? stp mode stp #? interface GigabitEthernet0/0/3 ?stp disable #? return? |
SwitchD的配置文件
| # sysname SwitchD #? stp mode stp #? interface GigabitEthernet0/0/3 ?stp disable #? return |
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