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一、STP简介
STP就是把一个环形的结构改变成一个树形的结构。STP协议并不是断掉物理环路,而是在
逻辑上断开环路,防止广播风暴的产生。STP协议就是用来将物理上存在的环路的网络,通过一种
算法,在逻辑上阻塞一些端口,来生成一个逻辑上的树形结构。当正常通信的链路发生故障的时
侯,被逻辑阻塞的链路被从新激活,使得数据能从这条链路正常传输。
二、STP工作原理
STP运行生成树算法,其过程可以归纳为以下三个步骤:
1.选择根网桥
选择根网桥的依据是网桥ID,网桥ID由网桥优先级和网桥的MAC地址组成。比较的方法是
看哪台交换机的网桥ID的值最小,优先级小的被选择为根网桥,在优先级相同的情况下,MAC
地址小的为根网桥。
2.选择根端口
根端口存在于非根网桥上,需要在每个非根网桥上选择一个根端口。选择根端口的依据按
照如顺序如下:
(1)到根网桥最低的根路径成本
根路径成本是两个网桥间的路径上所有链路的成本之和。路径成本用来代表一条链路的带
宽大小,一条链路的带宽越大,它传输数据的成本也就越低。交换机根路径成本低的端口,被
选为根端口。
(2)直连的网桥ID最小
当端口的根路径成本相同的时候,比较与此端口直连的交换机的网桥ID,网桥ID小的,作
为根端口。
(3)端口ID最小
端口ID由端口优先级和端口编号组成。端口编号不是端口号,但是端口号低的端口,端口
编号也较小。当网桥ID也相同的时候,比较端口优先级,优先级小的作为根端口,如果优先级
也相同,则比较端口编号,端口编号小的作为根端口。
注意:在比较端口ID时,比较的是对端的端口ID。
3.选择指定端口
在每一个网段上选择一个指定端口,根网桥上的接口都是指定端口。选择顺序如下:
(1)到根网桥最低的根路径成本
(2)所在交换机的网桥ID值较小
(3)端口ID较小
注意:在比较端口ID值时,比较的是自身的端口ID值。
三、BPDU(桥协议数据单元)
交换机之间通过BPDU来交换网桥ID、根路径成本等信息。
1.BPDU的两种类型
配置BPDU,用于生成树计算。
拓扑变更通告BPDU,用于通告网络拓扑的变化。
2.BPDU报文字段
BPDU中包含根网桥ID、根路径成本、发送网桥ID、端口ID、计时器等。
四、STP的收敛
1.交换机端口的5种STP状态
状 态
|
用 途
|
转发(Forwarding)
|
发送/接收用户数据
|
学习(Learning)
|
构建网桥表
|
侦听(Listening)
|
构建“活动”拓扑
|
阻塞(Blocking)
|
只接收BPDU
|
禁用(Disabled)
|
强制关闭
|
2.生成树计时器
(1)STP利用三种计时方法来确保一个网络正确地收敛。
Hello时间:网桥发送配置BPDU报文之间的时间间隔。默认时间2s。
转发延迟:一个交换机端口在侦听和学习状态所花费的时间间隔。默认时间15s。
最大老化时间:交换机在丢弃BPDU报文之前储存它的最大时间。默认时间20s。
(2)侦听和学习都是生成树所实施的过度状态,用来强迫端口等待来自其他交换机上的所
有BPDU。典型端口过度如下:
从阻塞到侦听20s,从侦听到学习20s,从学习到转发20s。
五、STP与VLAN的关系
1.IEEE的通用生成树(CST)
CST不考虑VLAN,以交换机为单位运行生成树。
2.Cisco的每VLAN生成树(PVST)
PVST是Cisco私有的协议,PVST为每个VLAN运行单独的生成树实例。
3.Cisco的能兼容CST的PVST(PVST+)
PVST+允许CST的信息传给PVST,以便与其他厂商在VLAN上运行生成树的实现方法进行互操
作。Cisco交换机默认使用PVST+。
六、PVST+的配置
1.PVST+的配置命令
(1)启用生成树命令(交换机默认情况下是启用生成树的)
全局配置模式下:spanning-tree vlan vlan-list
(2)指定根网桥
更改网桥ID优先级:
全局配置模式下:spanning-tree vlan vlan-list priority bridge-priority
其中bridge-priority默认是32768,范围是0-65535。
使用命令指定交换机为根网桥:
全局配置模式下:spanning-tree vlan vlan-list root {priority/secondary}
(3)修改端口成本
端口模式下:spanning-tree vlan vlan-list cost cost
(4)修改端口优先级
端口模式下:spanning-tree vlan vlan-list port-priority priority
其中priority默认是128,范围是0-255。
(5)配置速端口
端口模式下:spanning-tree portfast
注意:portfast仅用于连接单一主机。
2.PVST+配置的查看
(1)查看生成树配置
特权模式下:show spanning-tree
(2)查看某个VLAN的生成树详细信息
特权模式下:show spanning-tree vlan-list detail
实验一:配置VLAN负载均衡
实验环境:链路均为100M链路,其中交换机设备都为默认配置。
需求描述:实现SW1成为VLAN1-2的根网桥,SW2成为VLAN3-4的根网桥。
SW1上的配置:
特权模式下:vlan database
vlan 2
vlan 3
vlan 4
全局配置模式下:interface range f0/13 - 15
switchport mode trunk
spanning-tree vlan 1 root primary
spanning-tree vlan 2 root primary
spanning-tree vlan 3 root secondary
spanning-tree vlan 4 root secondary
SW2上的配置:
特权模式下:vlan database
vlan 2
vlan 3
vlan 4
全局配置模式下:interface range f0/13 - 15
switchport mode trunk
spanning-tree vlan 3 root primary
spanning-tree vlan 4 root primary
spanning-tree vlan 1 root secondary
spanning-tree vlan 2 root secondary
SW3上的配置:
特权模式下:vlan database
vlan 2
vlan 3
vlan 4
全局配置模式下:interface range f0/14 - 15
switchport mode trunk
SW4上的配置:
特权模式下:vlan database
vlan 2
vlan 3
vlan 4
全局配置模式下:interface range f0/14 - 15
switchport mode trunk
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