STP——生成樹協議

STP——生成樹協議

STP--spanning tree protocol--生成樹協議，是IEEE定義的一個802.1d標準，用於解決交換機中得人一系列環路問題。

爲何要使用STP？
在大型的網絡當中，爲了不單點故障和實現網絡的高可用性以及負載均衡，一般會在兩臺交換機之間以網線相連，造成冗餘的鏈路環境。可是冗餘的鏈路環境爲造成環路，會對整個網絡中的資源消耗和設備損耗形成很大的負擔。因此提出了STP來解決這一系列問題。

冗餘的鏈路會引起什麼問題？
①會造成廣播風暴（環路）
②幀的多個副本
③形成MAC地址表的不穩定

交換機之間一開始互相發送BPDU，相似於OSPF的hello包
BPDU：網橋協議數據單元 每隔2s發送一次。
幾個參數：
①橋ID：優先級+背板MAC地址 優先級默認是32768
②本身認爲到到達根橋的開銷
③本身認爲根橋的ID
生成樹的開銷：是經過鏈路速度來衡量
10G=2 1G=4 100M=19 10M=100

背板MAC地址：每臺設備惟一，出廠前就記錄在設備上。
Switch#show version ——能夠用來查看背板MAC地址

幾個重要角色和端口

根橋：二層網絡的一個核心，網絡中的阻塞端口是以根橋爲核心來進行選舉的。（是在交換機之間進行選舉的）
注意：是經過選舉獲得，在網絡一開始的時候，全部的交換機都認爲本身是根橋，都會向網路中發送BPDU，而且都會接收到對方發送的BPDU。此時，雙方就會進行相應參數的對比，選擇出網絡中的根橋。
（一旦網絡中選舉出新的根橋，那麼整個網絡中就只有根橋會發送BPDU，其餘交換機只能轉發來自根橋的BPDU）
選舉規則：
①首先比較優先級大小，優先級小的成爲根橋。
②若是優先級一致，就比較背板MAC地址的大小，一樣是越小越好

指定端口：在網絡中的每條鏈路上都須要選舉出一個指定端口。指定端口到達根橋的開銷必定是最小，指定端口對應的橋ID必定最小。（注意：根橋上的全部端口都是指定端口）
做用：用於發送BPDU和轉發來自根橋的BPDU
選舉規則：
①到達根橋的開銷最小
②橋ID越小越優
③端口ID，一樣是越小越好

端口ID：端口優先級+端口號（默認的端口優先級是128）
e0/0 128.5
e0/1 128.6
f0/0 128.3
f0/1 128.4
g0/0 128.1
g0/1 128.2

根端口：一臺交換機上只有一個根端口，根端口到達根橋的開銷 必定是最小的。因此根端口到達根橋的路徑必定是最優路徑。
做用：接收來自根橋的BPDU
選舉規則：
①到達根橋的開銷最小
②橋ID越小越優
③端口ID，一樣是越小越好

阻塞端口：邏輯的阻塞一個端口，該端口並非真正的關閉，一旦最優路徑出現故障後，阻塞端口就會自動開啓。

Switch#show spanning-tree——查看STP生成樹

生成樹的端口狀態：
①阻塞狀態：處於阻塞狀態的端口，不會轉發來自根橋的BPDU，可是會接收BPDU，以此來避免環路。
最大老化時間：20s，網絡中的BPDU每隔兩秒發送一次，一樣的阻塞端口也是每隔2秒接受一次BPDU，若是阻塞端口在20s內沒有接收到BPDU的話，那麼就會跳出阻塞狀態，進入偵聽狀態。

②偵聽狀態：處於偵聽狀態的接口，會偵聽網絡中的BPDU，而且進行MAC地址的學習。
最大轉發延遲時間：15s，15s內沒有接收到來自對方的BPDU，就會跳出偵聽狀態，進入學習狀態。

③學習狀態：處於學習狀態的接口，會進行MAC地址的學習，而且準備轉發數據幀。
最大轉發延遲時間：15s，15s內沒有接收到來自對方的BPDU，就會跳出學習狀態，進入轉發狀態。

④轉發狀態：已經進行了MAC地址的學習，而且開始轉發數據。

注意：端口從阻塞狀態到達正常轉發數據的學習狀態須要多久---30-50s
①若是出現問題端口是在本臺設備上：30s
②若是出現問題端口再也不本臺設備上：50s

Portfast--快速端口
在網絡中，交換機和PC等終端設備相連的接口，因爲不須要進行冗餘備份處理，因此不會產生環路問題，所以通常狀況下，取消交換機之間端口切換的50s時間，此時就能夠經過配置快速端口來實現。
注意：快速端口只能使用在交換和pc等終端設備的接口上，而且快速端口默認狀況下只能配置在access口，不能配置在trunk口。
①將某一個接口配置成快速端口

Switch(config)#int f0/4--
Switch(config-if)#spanning-tree portfast

②同時將多個接口配置成快速的端口

Switch(config)#in range f0/1-3
Switch(config-if-range)#spanning-tree portfast

③將交換機上的全部接口都配置成快速端口

Switch(config)#spanning-tree portfast default

④在某些特殊狀況下，須要將trunk配置成快速端口

Switch(config-if)#spanning-tree portfast trunk

PVST--per-VLAN spanning tree
在網絡中，能夠針對某一個特定的vlan，設置一個特定根橋
①經過更改優先級來選舉成爲根橋，若是網絡中加入優先級更高級別發，會被搶奪根橋地位。

Switch(config)#spanning-tree vlan 10 priority  28672

②直接指定

Switch(config)#spanning-tree vlan 10 root primary --

使得vlan成爲絕對根橋，不會隨着網絡拓撲的變化而發生改變

Switch(config)#spanning-tree vlan 10 root secondary --成爲絕對的備份根橋

快速生成樹：
傳統的生成樹雖然可以解決冗餘鏈路所帶來的的環路問題，可是傳統生成樹的做用是基於4個狀態和時間的，這樣所須要的時間比較久。可是快速生成樹徹底避免了這一個問題。
端口角色：指定端口、根端口、替換端口
端口做用：發送、接收、丟棄