STP生成树

背景：为了达到网络的高可用性，通常会部署冗余的线路，来避免单点故障的问题，但是冗余的环境会造成其他的问题：广播风暴、帧的多个副本，mac数据可不稳定。为了避免冗余环境带来的问题，提出了stp协议来避免。

1.分类

①stp：spanning tree protocol，生成树协议，基于802.1d协议

②cst    ③pvst/pvst+   ④rstp   ⑤mstp

2.BPDU

网桥协议数据单元，每2s发送一次，老化时间20s

①内容：1）自己的桥ID      2）自己认为的根桥id       3）到达根桥的开销

②分类：

配置BPDU：当网络环境稳定的时候，只有根桥会发送配置BPDU

TCN BPDU：拓扑变更BPDU，当网络环境拓扑发生变化的时候，之后根桥会发送TCN BPDU

③生成树的选举：（选举过程是同时进行的）

1）根桥：通过比较桥ID（优先级+背板mac地址），越小越优，选举出根桥之后，只有根桥会发送配置BPDU

2）根端口（RP）：在所有非根桥交换机上进行选举，每台交换机选举出一个根端口

I、作用：接收来自根桥的BPDU

II、选举：

a、比较到达根桥的开销，越小越优（10M--100、100M--19、1G--4、10G--2）

b、比较发送方的桥ID（优先级+背板mac地址），越小越优

c、比较发送方的端口ID（端口优先级+端口号），越小越优

3）指定端口（DP）：在所有链路上进行选举，每条链路选举出一个指定端口

I、作用：发送和转发BPDU

II、选举：

a、比较到达根桥的开销，越小越优（10M--100、100M--19、1G--4、10G--2）

b、比较自己的桥ID（优先级+背板mac地址），越小越优

c、比较自己的端口ID（端口优先级+端口号），越小越优

4）阻塞端口

④端口状态：

1）disable：禁用状态，不参与生成树选举的端口，现网中接口处于shutdown的端口

2）blocking：阻塞状态，处于阻塞状态的端口，可以接收BPDU、但是不会发送BPDU，不能进行数据帧的转发（最大老化时间20s，当转发端口超过最大老化时间没有接收BPDU时，就会进行状态的转变，从阻塞状态变为侦听状态）

3）listening：侦听状态，处于侦听状态的端口，可以接收BPDU、发送BPDU，但是不能进行数据帧的转发（转发延迟时间15s）

4）learning：学习状态，处于学习状态的端口，可以接收BPDU、发送BPDU，但是不能进行数据帧的转发（转发延迟时间15s）

5）forwarding：转发状态，处于转发状态的端口，可以接收BPDU、发送BPDU，可以进行数据帧的转发

⑤交换机的端口从阻塞状态变为转发状态需要的时间：

1）当交换机自身链路出现故障的时候，需要30s才能从阻塞状态变为转发状态

2）当交换机非自身链路出现故障的时候，需要50s才能从阻塞状态变为转发状态

3）当终端设备接入进交换机的时候，需要30s才能转发数据

3.PVST+

每个vlan一棵生成树，对802.1d的拓展，思科私有的

基本配置：

Switch#show spanning-tree

Switch(config)#spanning-tree mode pvst

Switch(config)#spanning-tree vlan 1 root primary （优先级默认降低8192）

Switch(config)#spanning-tree vlan 1 root secondary（优先级默认降低4096）

Switch(config)#spanning-tree vlan 1 priority 20480（4096的倍数）

4.stp拓扑变更

拓扑变更：当网络环境发生变化时，端口状态也会进行改变（变为转发状态/阻塞状态）

当某台交换机检测到网络拓扑环境发生变化，就会向沿着根桥的交换机发送TCN（拓扑变更），上游的设备接收到下游设备的TCN后，会先给下游设备回复一个TCA，然后再向沿着根桥的交换机发送TCN，只到根桥交换收到为止。根桥交换机收到下游设备发送的TCN后，会先给下游设备回复一个TCA，然后向其他所有端口发送TCN,把自己的mac地址秒的老化时间修改为15s，其他下游交换机收到根桥发送的TCN之后，重复以上动作，直到整个网络环境的交换机都收到为止。

增强特性：

1. UplinkFast：

主要是部署接入层交换机(部署在汇聚层交换机可能会导致环路，假如汇聚层交换机有三条链路，其中一条能通的链路断了

，另外两条可能变成转发状态，可能会导致环路)，实现当接入层交换机的上行链路发生故障的时候可以实现快速转移 ，收敛速度1s

SW3(config)#spanning-tree uplinkfast

*Sep 24 12:31:26.607: setting bridge id (which=1) prio 49153 prio cfg 49152 sysid 1 (on) id C001.aabb.cc00.3000-优先级变大

*Sep 24 12:32:12.216: STP: VLAN0001 new root port Et0/0, cost 3200--开销变大

改变优先级或者开销主要是为了让设备成为根桥，端口成为指定端口的可能性降低(成为根桥后，端口都为指定端口)

SW3#show spanning-tree uplinkfast

2.BackboneFast：

主要是部署在汇聚层交换机，要求全部的汇聚层交换机都要开启这个特性。实现当非自身链路出现故障时节约20s时间

全部汇聚层交换机都要开：因为汇聚层交换机要发送根链路查询，其他汇聚层交换机不开它是不知道咋进行处理的。

当交换机检测到链路发生故障的时候，将收到新的BPDU与认为的根桥的BPDU做比较，如果新的BPDU没有之前更优的话，交换机就会发送根链路查询（RLQ）

，询问根桥是否还在，如果有收到根桥的回复，则交换机的阻塞端口直接调到侦听状态，同时会将自身存储BPDU发送给对方

SW1(config)#spanning-tree backbonefast

SW3#show spanning-tree backbonefast

3.PortFast：

主要是部署接入层交换机，一般在用于连接终端接口（access）,当主机接入的时候可以实现快速转发，收敛时间约1s，

（开启这个特性之后是不参与生成树选举），不建议在trunk链路上开启(除非trunk链路接的是服务器)

接口上配置：

SW3(config)#int range e0/2

SW3(config-if-range)#spanning-tree portfast edge

全局上配置：（将所有非trunk端口自动激活PortFast特性）

 SW3(config)#spanning-tree portfast edge default

SW3(config-if)#spanning-tree portfast edge trunk--针对trunk端口开启这个特性，不建议使用

*Sep 24 13:06:51.632: STP: VLAN0001 Et0/2 ->jump to forwarding from blocking

SW3#sh spanning-tree int e0/2 portfast