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生成树协议 内 容 1 冗余拓扑结构结构概述 2 STP基本机制 3 STP增强机制 4 RSTP机制 5 MSTP机制 6 STP的应用设计与配置 1 冗余拓扑结构结构概述 n n STPSTP是是LANLAN交换技术的重要项目交换技术的重要项目 n n STPSTP服务是园区网的基础逻辑构件服务是园区网的基础逻辑构件 n n STPSTP是园区网设计的重点内容之一是园区网设计的重点内容之一 1.1.冗余拓扑结构使用的原因冗余拓扑结构使用的原因 2.2.冗余交换（桥接）拓扑结构带来的问题冗余交换（桥接）拓扑结构带来的问题 1.1.冗余拓扑结构使用的原因冗余拓扑结构使用的原因 冗余拓扑冗余拓扑--------使用多于正常情况下的连通资源（设使用多于正常情况下的连通资源（设 备、接口、链路）形成的网络拓扑结构备、接口、链路）形成的网络拓扑结构 消除单点故障消除单点故障----------提高容错性、可靠性是网络建设提高容错性、可靠性是网络建设 的主要目标之一的主要目标之一 故障 故障 2.2.冗余交换（桥接）拓扑结构带来的问题冗余交换（桥接）拓扑结构带来的问题 冗余链路：出现物理环路冗余链路：出现物理环路。

环路造成：环路造成：a.a.广播风暴广播风暴 b.b.帧的反复重传和多个副本帧的反复重传和多个副本 c.MACc.MAC地址表的不稳定地址表的不稳定 等问题 a.a.广播风暴广播风暴 发送一个广播帧发送一个广播帧 广播风暴广播风暴 b.b.帧的反复重传和多个副本帧的反复重传和多个副本 HUBHUB HUBHUB X X Y Y 交换机交换机A A交换机交换机B B 单播 c.MACc.MAC地址表的不稳定地址表的不稳定 HUBHUB HUBHUB X X Y Y 交换机交换机A A交换机交换机B B 第一帧 环路问题的解决方法环路问题的解决方法------ 使用使用STPSTP协议生成无环树协议生成无环树 主要链路正 常时，断开 备份链路 主要链路出故 障时,自动启 用备份链路 HUBHUB HUBHUB X X Y Y 交换机交换机A A交换机交换机B B 单播 主链路主链路 备份链路备份链路 2 STP2 STP基本机制基本机制 1.STP1.STP概念概念 2.2.生成树算法生成树算法 3.3.生成树协议端口的状态生成树协议端口的状态 1.STP1.STP概念概念 ØØ生成树协议（生成树协议（spanning-tree protocolspanning-tree protocol）由）由IEEE IEEE 802.1d802.1d标准定义标准定义 ØØSTP STP 持续探测网络，以便在链路、交换机失效或增持续探测网络，以便在链路、交换机失效或增 加时加时，，通过通过SPASPA自动重新配置它们的端口，自动重新配置它们的端口，自动切自动切 换到备份链路，保证网络的正常通信换到备份链路，保证网络的正常通信。

ØØSTPSTP的作用的作用是通过是通过SPASPA（生成树算法）在网络中发（生成树算法）在网络中发 现物理环路时，并自动地在逻辑上阻塞一个或多个现物理环路时，并自动地在逻辑上阻塞一个或多个 冗余端口，从而获得无环路的拓扑冗余端口，从而获得无环路的拓扑 2.2.生成树算法生成树算法 ØØIEEE 802.1DIEEE 802.1D标准定义了的标准定义了的STPSTP ØØSTPSTP通过网桥协议数据单元（通过网桥协议数据单元（BPDUBPDU）传递）传递STASTA用于计算用于计算 生成树的有关信息生成树的有关信息 ØØBPDUBPDU：： 二层报文二层报文 目的目的MACMAC地址是组播地址：地址是组播地址：0188-C200-00000188-C200-0000 包括用于计算生成树的四个参数：包括用于计算生成树的四个参数： Root Bridge ID Root Bridge ID （（BIDBID））------本交换机认为的根桥本交换机认为的根桥IDID Root Path Cost --- Root Path Cost ---本交换机认为的根路径开销本交换机认为的根路径开销 Bridge ID ---Bridge ID ---本交换机的桥本交换机的桥IDID Port ID--- Port ID---发送该发送该BPDUBPDU的端口的端口IDID 等信息等信息 生成树工作机制生成树工作机制 1.网络中选择了一个交换机为根交换机（Root Bridge）； 2.每个交换机都计算出了到根交换机（Root Bridge）的最短 路径； 3.所有非根交换机都有一个根口（Root Port）， 即提供最短路径到根交换机（Root Bridge）的端口； 4.每个LAN都有了指定交换机（Designated Bridge），位于 该LAN与根交换机之间的最短路径中。

指定交换机和LAN相连 的端口称为指定端口（Designated port）； 6.其他的冗余端口就处于阻塞状态（Blocking或Discarding） 5.根口（Roor port）和指定端口（Designated port）进入转 发Forwarding状态； STPSTP收敛的收敛的3 3个阶段个阶段 阶段阶段1 1：：选举根桥选举根桥 (Root Bridge)(Root Bridge) 阶段阶段2 2：：选举根端口选举根端口 (Root Ports)(Root Ports) 阶段阶段3 3：：选举指定端口选举指定端口 (Designated Ports)(Designated Ports) 注意：注意： n n 根端口在交换机内接口间比较并选举；根端口在交换机内接口间比较并选举； n n 指定端口在交换机的连接端口间比较并选举；指定端口在交换机的连接端口间比较并选举； n n 收敛就是确定了根桥和所有的根端口及指定端口收敛就是确定了根桥和所有的根端口及指定端口, ,就此就此 阻塞冗余端口，消除环路阻塞冗余端口，消除环路 判定最佳路径的四个步骤判定最佳路径的四个步骤 步骤步骤1 1：确定根桥：确定根桥(Root Bridge)(Root Bridge) 步骤步骤2 2：计算到根桥的最小路径开销：计算到根桥的最小路径开销 步骤步骤3 3：确定最小的发送：确定最小的发送BID(Sender BID)BID(Sender BID) 步骤步骤4 4：确定最小的端口：确定最小的端口ID(Port ID)ID(Port ID) 注意：注意： n n 每次重新确定根桥，就要计算一次最小路径开销，并重新每次重新确定根桥，就要计算一次最小路径开销，并重新 选举根端口和指定端口。

选举根端口和指定端口 n n 最佳路径即经由一串指定端口、根端口到达根桥的路径最佳路径即经由一串指定端口、根端口到达根桥的路径 n n 步骤步骤3 3、、4 4只在需要时才启用只在需要时才启用 收敛过程中的收敛过程中的BPDUBPDU交换交换 交换机启动交换机启动 每每2 2秒发送秒发送BPDUBPDU R.BID=BID,R.Cost=0R.BID=BID,R.Cost=0 认自为根，并宣告认自为根，并宣告 收到来自收到来自X X更更 好的好的BPDU?BPDU? 接收端口存储该更佳接收端口存储该更佳 BPDU,BPDU,停发原停发原BPDUBPDU 以每个收到的最佳以每个收到的最佳BPDUBPDU 按按4 4个步骤重新计算根桥个步骤重新计算根桥 和最佳路径和最佳路径, ,修改修改BPDUBPDU 参数并转发参数并转发BPDUBPDU N N Y Y 步骤步骤1 1：根交换机的选择：根交换机的选择 ØØBridge IDBridge ID最小的交换机为根交换机；最小的交换机为根交换机； ØØBridge IDBridge ID：每个交换机唯一的桥：每个交换机唯一的桥IDID，由交换机优先级和，由交换机优先级和 MacMac地址组合而成；地址组合而成； ØØ交换机优先级和交换机优先级和MacMac地址越小则地址越小则Bridge IDBridge ID就越小。

就越小 比较两个比较两个BIDBID的原则如下：的原则如下： 假设假设(s(s，，t) t)和和(u,v)(u,v)代表两个代表两个BIDBID，， ( (优先级，优先级，MACMAC地址地址) ) 当且仅当当且仅当: su : su 或或 s=us=u且且tv tv 时，时，(s(s，，t)( u,v)t)( u,v) 网桥优先级网桥优先级(2(2字节字节) )MACMAC地址（地址（6 6字节）字节） 缺省值缺省值 3276832768 xxxx-xxxx-xxxxxxxx-xxxx-xxxx 步骤步骤2 2：计算到根桥的最小：计算到根桥的最小路径路径开销开销------选举根端口选举根端口 a.a.开销定义：开销定义： 原来原来链路链路开销开销------链路带宽链路带宽/1000Mbps/1000Mbps 更新后为：更新后为： 带宽带宽STPSTP开销开销 802.1D802.1DSTPSTP开销开销 802.1T802.1T 4Mbps4Mbps250250 10Mbps10Mbps10010020000002000000 16Mbps16Mbps6262 45Mbps45Mbps3939 100Mbps100Mbps1919200000200000 155Mbps155Mbps1414 622Mbps622Mbps 6 6 1Gbps1Gbps 4 4 2000020000 10Gbps10Gbps 2 2 20002000 b.b.最小根路径开销计算最小根路径开销计算 -- -- 假设假设SwASwA为根交换机为根交换机 19 Cost 38 19 SwBSwASwC SwDSwE 100 19 100 比较本交换机各端口到达根交换机路径的开销比较本交换机各端口到达根交换机路径的开销------到达根桥的到达根桥的 链路开销之和。

链路开销之和 Cost 119 0 0 根端口 步骤步骤3 3：确定最小的发送：确定最小的发送BID(Sender BID)BID(Sender BID) （（阶段阶段2 2：：选举根端口）选举根端口） 如果路径开销相同，则比较发送如果路径开销相同，则比较发送BPDUBPDU交换机的交换机的Bridge IDBridge ID，见图，见图 显然：显然：SwDSwD是根，是根， Cost C-A-D= Cost C-B-DCost C-A-D= Cost C-B-D SwC SwC从从SwASwA和和SwBSwB收到收到BPDU,SwABPDU,SwA具有更小的具有更小的BIDBID 则则: : 最佳路径最佳路径 C-A-D, C-A-D, f0/8f0/8为根端口为根端口 Mac:00d0f80000f1Mac:00d0f80000f1 Sw C Sw B Sw D Sw A Mac:00d0f80000d1Mac:00d0f80000d1 Mac:00d0f80000f2Mac:00d0f80000f2 19 19 19 19 Mac:00d0f80000f3Mac:00d0f80000f3 BID :BID :优先级优先级 3276832768 BID :BID :优先级优先级 3276832768 BID :BID :优先级优先级 3276832768 BID :BID :优先级优先级 3276832768 F0/8 F0/9 步骤步骤4-14-1：确定最小的端口：确定最小的端口ID(Port ID)ID(Port ID) （（阶段阶段2 2：：选举根端口）选举根端口） 如果发送者如果发送者Bridge IDBridge ID相同（即同一台交换），则比较相同（即同一台交换），则比较发送者发送者交交 换。