STP协议原理及配置.docx

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STP协议原理及配置

一、STP概述

　　STP（生成树协议）是一个二层管理协议。

在一个扩展的局域网中参与STP的所有交换机之间通过交换桥协议数据单元bpdu（bridgeprotocoldataunit）来实现；为稳定的生成树拓扑结构选择一个根桥；为每个交换网段选择一台指定交换机；将冗余路径上的交换机置为blocking，来消除网络中的环路。

　　IEEE802.1d是最早关于STP的标准，它提供了网络的动态冗余切换机制。

STP使您能在网络设计中部署备份线路，并且保证：

　　*在主线路正常工作时，备份线路是关闭的。

　　*当主线路出现故障时自动使能备份线路，切换数据流。

　　rSTP（rapidspanningtreeprotocol）是STP的扩展，其主要特点是增加了端口状态快速切换的机制，能够实现网络拓扑的快速转换。

　　1.1设置STP模式

　　使用命令configspanning-treemode可以设置STP模式为802.1dSTP或者802.1wrSTP.

　　1.2配置STP

　　交换机中默认存在一个defaultSTP域。

多域STP是扩展的802.1d，它允许在同一台交换设备上同时存在多个STP域，各个STP域都按照802.1d运行，各域之间互不影响。

它提供了一种能够更为灵活和稳定网络环境，基本实现在vlan中计算生成树。

　　1.2.1 创建或删除STP

　　利用命令createSTPd和deleteSTPd可以创建或删除STP.

　　缺省的defaultSTP域不能手工创建和删除。

　　1.2.2 使能或关闭STP

　　交换机中STP缺省状态是关闭的。

利用命令configSTPd可以使能或关闭STP.

　　1.2.3 使能或关闭指定STP的端口

　　交换机中所有端口默认都是参与STP计算的。

使用命令configSTPdport可以使能或关闭指定的STP端口。

　　1.2.4 配置STP的参数

　　运行某个指定STP的STP协议后，可以根据具体的网络结构调整该STP的一些参数。

交换机中可以调整以下的STP协议参数：

　　*bridgepriority

　　*hellotime

　　*forwarddelay

　　*maxage

　　另外每个端口上可以调整以下参数：

　　*pathcost

　　*portpriority

　　表1-1配置STP参数的常用命令

　　1.2.5 显示STP状态

　　利用命令showSTPd可以查看STP的状态，包括：

　　*bridgeid

　　*rootbridgeid

　　*STP的各种配置的参数

　　利用命令showSTPdport可以显示端口的STP状态，包括：

　　*端口状态

　　*designatedport

　　*端口的各种配置参数

　　在缺省的CISCO　STP模式中，每个VLAN定义一个STP.

　　IEEE802.1Q标准是在整个交换VLAN网络中使用一个STP，但并不排除在每个VLAN中实现STP.

　　1　VLAN与生成树的关系

　　＞IEEE通用生成树（CST）

　　＞CISCO　PER　VLAN生成树（PVST）

　　＞带CST的CISCO　PERVLAN生成树（PVST＋）

　　CST是IEEE解决运行虚拟局域网VLAN生成树的方法。

CST定义，整个第2层交换网络所有实现了的VLAN，仅使用一个生成树实例。

这个生成树实例运行在整个交换局域网上。

　　PVST是解决在虚拟局域网上处理生成树的CISCO特有解决方案。

PVST为每个虚拟局域网运行单独的生成树实例。

一般情况下PVST要求在交换机之间的中继链路上运行CISCO的ISL.

　　PVST＋是CISCO解决在虚拟局域网上处理生成树问题的另一个方案。

PVST＋允许CST信息传给PVST，以便与其他厂商在VLAN上运行生成树的实现方法进行操作。

2　按VLAN生成树（PVST）

　　为每个VLAN建立一个独立的生成树实例（PVST）。

　　生成树算法计算整个交换型网络的最佳无环路径。

　　PVST的优点：

　　＞生成树拓扑结构的总体规模减少。

　　＞改进了生成树的扩展性，并减少了收敛时间。

　　＞提供更快的收敛恢复能力和更高的可靠性。

　　PVST的缺点：

　　＞为了维护针对每个VLAN而生成的生树，交换机的利用率会更高

　　＞为了支持各个VLAN的BPDU，需要占用更多的TRUNK链路带宽

　　生成树仅可运行在64个VLAN上。

　　3　公共生成树（CST）

　　CST是IEEE在虚拟局域网上处理生成树的特有方法，这是一种VLAN解决方案，称为单一或者公共生成树。

生成树协议运行在VLAN1即缺省的VLAN上。

所有的交换机都举出同一个根网桥，并建立与该根网桥的关系。

　　公共生成树不能针对每个VLAN来优化根网桥的位置。

　　公共生成树优点：

　　＞最小数量的BPDU通信，带宽占用少。

　　＞交换机负载保持最小。

　　公共生成树的缺点如下：

　　＞只用一个根网桥，这不能为所有的VLAN做到网桥的优化放置，导致对某些设备来说可能存在次优化路径。

　　＞为包括交换架构中的所有端口，生成树的拓扑结构较大，这就会导致较长的收敛时间和更频繁的重新配置。

4　增强型的按VLAN生成树（PVST＋）

　　PVST＋有以下特征：

　　＞它是CISCO发展的，可以与802.1Q公共生成树（CST）互操作。

　　＞通过ISL中继，PVST＋与现存的CISCO交换机PVST协议向后兼容，同时，PVST＋也通过802.1Q中继与CST连接互操作。

　　＞如果PVST区域和CST区域之间要互操作，一定要通过PVST＋区域。

　　二　生成树配置

　　生成树配置涉及下面一些任务：

　　＞选举和维护一个根网桥。

　　＞通过配置一些生成树的参数来优化生成树。

（如端口优先级　端口成本）

　　＞通过配置上行链路来减少生成树的收敛时间。

　　2950交换机上生成树的缺省配置：

　　＞STP启用：

缺省情况下VLAN1启用

　　＞STP模式：

PVST＋

　　＞交换机优先级：

32768

　　＞STP端口优先级：

128

　　＞STP路径成本：

1000M：

4　100M：

19　10M：

100

　　＞STP　VLAN端口成本：

　（同上）

　　＞STP计时器：

HELLO时间：

2秒　转发延迟：

15秒　最大老化时间：

20秒

　　1　启用生成树：

switch（config）#spanning-treevlanvlan-list

步骤：

switch＃configt

switch（config）#spanning-treevlan10

switch（config）#end

switch#showspanning-treesummary/detail

summary摘要　　detail详细

BridgeIdentifierhaspriority8912,address0006.eb06.1741（本地交换机网桥ＩＤ）

desigatedroothaspriority8912,address0006.eb06.1741（根网桥ＩＤ）

designatedportis7,pathcost0（路径成本）

times:

hold1,topologychange35,notification2

hello2,maxage20,forwarddelay15（根计时器）

2　人为建立根网桥

　　在生成树网络中，最重要的事情就是决定根网桥的位置。

　　可以让交换机自己根据一定的原则来选择根网桥以及备份或从（secondary）根网桥，也可使用命令人为指定根网桥。

　　PS：

不要将接入层的交换机配置为根网桥。

STP根网桥通常是汇聚层或者核心层的交换机。

　　通过命令直接建立根网桥：

　　spanning-treevlanvlan-idrootprimary （网桥优先级被置为24576）

　　步骤：

　　switch＃configterminal

　　switch（config）#spanning-treevlanvlan-idrootprimarydianmeternet-diameter hello-timesec

　　为VLAN配置根网桥、网络半径以及HELLO间隔

　　ROOT关键字：

指定这台交换机为根网桥

　　diameternetdianmeter：

该关键字指定在末端口主机任意两点之间的网段的最大数量。

net-diameter的值是2－7.这个直径应该从根网桥开始计算，根网桥是1

　　switch（config）#end

　　switch#showspanning-treevlanvlan-iddetail

　　让交换机返回缺省的配置，可以使用如下命令：

　　nospanstreevlanvlan-idroot

　　2＞修改网桥的优先级别：

　　多数情况下做如下配置：

　　spanning-treevlanvlan-idrootprimary（主ROOT网桥优先级被置为24576）

　　spanning-treevlanvlan-idrootsecondary（备份ROOT网桥优先级被置为28672）

　　修改网桥优先级：

　　spanning-treevlanvlan-idprioritybridge-priority

　　3　确定到根网桥的路径

　　生成树协议依次用BPDU中这些不同域来确定根网桥的最佳路径：

　　＞根路径成本（ROOTPATH　COST）

　　＞发送网桥ID（BRIDGE　ID）

　　＞发送端口ID（PORT　ID）

　　从端口发出BPDU时，它会被施加一个端口成本，所有端口成本的总和就是根路径成本。

生成树首先查看根路径成本，以确定哪些端口应该转发，哪些端口应该阻塞。

报告最低路径成本的端口被选为转发端口。

　　如果对多个端口来说，其中根路径成本相同，那么，生成树将查看网桥ID.报告有最低网桥ID的BPDU端口被允许进行转发，而其他所有端口被阻断。

　　如果路径成本和发送网桥ID都相同（如在平行链路中），生成树将查看发送端口ID.端口ID值小的优先级高，将作为转发端口。

4　修改端口成本

　　如果想要改变某台交换机和根网桥之间的数据通路，就要仔细计算当前的路径成本，然后，改变所希望路径的端口成本。

　　我们可以更改交换机端口的成本，端口成本更低的端口更容易被选为转发帧的端口。

　　spanning-treevlanvlan-idcostcost

　　nospanning-treevlanvlan-idcost（恢复默认成本）

　　配置步骤：

　　＞1　configterminal　　进入配置状态

　　＞2　interfaceinterface-id　进入端口配置界面

　　＞3　spanning-treevlanvlan-idcostcost值　为某个VLAN配置端口成本

　　＞4　end

　　＞5　showspanning-treeinterfaceinterface-iddetail　查看配置

　　＞6　write

　　5　修改端口优先级

　　在根路径成本和发送网桥ID都相同的情况下，有最低优先级的端口将为vlan转发数据帧。

　　对应基于CLI的命令的交换机，可能的端口优先级别范围为0～63，缺省为32.基于IOS的交换机端口的优先级别范围是0～255，缺省为128.

　　spanning-tree vlanvlan-id port-prioritypriority值

　　nospanning-treevlanvlan－idport-priority

　　1＞　configterminal　（进入配置模式）

　　2＞　interfaceinterface-id （进入端口配置模式）

　　3＞spanning-treevlanvlan-idport-priority值

　　4＞end

　　5＞showspanning-treeinterfaceinterface-iddetail

　　6＞write

6　修改生成树计时器

　　使用缺省的STP计时器配置，从一条链路失效到另一条接替，需要花费50秒。

这可能使网络存取被耽误，从而引起超时，不能阻止桥接回路的产生，还会对某些协议的应用产生不良影响，会引起连接、会话或数据的丢失。

　　还有一种情况就是使用热备份路由选择协议（HSRP），将两台路由器连接到一台交换机上。

某些情况下，缺省的STP的计时器值对于HSRP而言过长，会引起“活动”路由器的选择的错误。

　　1　修改HELLO时间

　　spanning-treevlanvlan-idhello-timeseconds

　　可以修改每一个VLAN的Hello间隔（HELLO　TIME），它的取值范围是　1～10秒

　　2　修改转发延迟计时器

　　转发延迟计时器（forwarddelaytimer）确定一个端口在转换到学习状态之前处于侦听状态的时间，以及在学习状态转换到转发状态之前处于学习状态的时间。

　　spanning-treevlanvlan-idforward-timeseconds

　　PS：

转发时间过长，会导致生成树的收敛过慢

　　转发时间过短，可能会在拓扑改变的时候，引入暂时的路径回环。

　　3　修改最大老化时间

　　最大老化时间（MAX—AGE　TIMER）规定了从一个具有指定端口的邻接交换机上所收到的BPDU报文的生存时间。

　　如果非指定端口在最大老化时间内没有收到BPDU报文，该端口将进入listening状态，并接收交换机产生配置BPDU报文。

　　修改命令：

　　spanning-treevlanvlan-idmax-ageseconds

　　nospanning-treevlanvlan-idmax-age（恢复默认值）

　　7　速端口的配置

　　通过速端口，可以大大减少处于侦听和学习状态的时间，速端口几乎立刻进入转发状态。

速端口将工作站或者服务器连接到网络的时间减至最短。

　　PS：

确定一个端口下面接的是终端的时候，方可启用速端口设置

　　switch（config-if）#spanning-treeportfast

　　switch（config-if）#nospanning-treeportfast（关闭速端口）

　　查看端口的速端口状态：

　　showspanning-treeinterfaceinterface-iddetail （最后一行）

　　8　上行速链路的配置

　　当检测到转发链路发生失效时，上行链路可使交换机上一个阻断的端口几乎立刻马上开始进行转发。

　　1＞上行速链路在企业网中的应用

　　交换机可以分为3级：

　　＞核心层交换机

　　＞汇聚层交换机

　　＞接入层交换机

　　汇聚层和接入层的交换机上各自都至少有一条冗作链路被STP阻塞，以避免环路。

　　使用STP上行速链路，可以在链路或者交换机失效或者STP重新配置时，加速新的根端口的选择过程。

被阻塞端口会立即转换到转发状态。

　　上行速链路还可以通过减少参数最大更新速率（max-update-rate，IOS）来限制突发的组播通信。

这些参数的缺省值是150包／秒。

　　在网络边缘的接入层上，上行速链路是一项最有用的功能，但它不适合用在骨干设备上。

　　上行速链路能在直连链路失效时实现快速收敛，并能通过上行链路组（uplinkgroup），在多个冗余链路之间实现负载平衡。

上行链路组是一组接口（属于各个VLAN）

　　上行链路组由一个根端口（处于转发状态）和一组阻塞状态的端口组成。

　　上行链路的配置：

　　要在配置了网桥优先级的VLAN上启动上行速链路，必须首先将VLAN上的交换机优先级恢复到缺省值。

使用：

　　nospanning-treevlanvlan-idpriority

　　要配置上行速链路，需要使用命令：

　　spanning-treeuplinkfast[max-uplink-ratepkts-per-second]

　　pkts-per-second的取值范围是每秒0到32000个数据包。

缺省值是150，通常这个值就足够了。

　　要检查上行速链路的配置，可以使用如下命令：

　　showspanning-treesummary

　　nospanning-treeuplinkfast（关闭）