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三种生成树（STP,RSTP,MSTP)的基本配置（自我理解）

admin 阅读： 2024-03-18
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目录

一、为什么要使用生成树（STP)：

二、由于设备冗余而导致的问题：

广播风暴：

三、802.1D生成树基本配置

四、802.1D生成树实验

实验拓扑：

实验配置：

配置完成后，在SW8上观察现象：

从中我们可以总结：

拓展知识：

 实验思路：

一、修改RID

二、修改RPC达到选取根端口的目的（RPC即路径开销，修改时需要在交换机入接口进行修改）

 三、修改BID：

四、修改PID：

配置：

五、RSTP

 为什么要使用RSTP？

本次实验使用两个拓扑来解释RSTP：

一、利用简单的拓扑解释RSTP：

实验配置： 

六、利用802.1D生成树中的拓扑来实现MSTP的功能：

实验配置：

六、MSTP

使用原因：

配置完成后，在SW3上查看实例1和实例2的生成树表：

一、为什么要使用生成树（STP)：

  • 以太网交换网络中为了进行链路备份，提高网络可靠性，通常会使用冗余链路。但是使用冗余链路会 在交换网络上产生环路，引发广播风暴以及MAC地址表不稳定等故障现象，从而导致用户通信质量较 差，甚至通信中断。为解决交换网络中的环路问题，提出了生成树协议STP（Spanning Tree）。
  • 随着局域网规模的不断扩大，越来越多的交换机被用来实现主机之间的互连。如图，接入层交换机 单链路上联，则存在单链路故障，也就是如果这根上联链路发生故障，交换机下联用户就断网了。 另一个问题的单点故障，也就是交换机如果宕机，交换机下联用户也就断网了。
  • 为了解决此类问题，交换机在互连时一般都会使用冗余链路来实现备份。冗余链路虽然增强了网络 的可靠性，但是也会产生环路，而环路会带来一系列的问题，继而导致通信质量下降和通信业务中 断等问题。

二、由于设备冗余而导致的问题：

广播风暴：

由于物理之间的备份，在SW3收到来自外界的信号后，会进行洪范，向SW1和SW2进行洪范，且因为交换机中没有类似于TTL值的参数，会导致该广播包一直在交换机中洪范，形成广播风暴及mac地址飘逸。最终结果使整个网络资源被消耗殆尽，网络瘫痪不可用。

三、802.1D生成树基本配置

  2. 1. 配置生成树工作模式
  3. [Huawei] stp mode { stp | rstp | mstp }
  4. 交换机支持STP、RSTP和MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol）三种生成树工作模式，默认情况工
  5. 作在MSTP模式。
  7. 2. （可选）配置根桥
  8. [Huawei] stp root primary
  9. 配置当前设备为根桥。缺省情况下，交换机不作为任何生成树的根桥。配置后该设备优先级数值自动为
  10. 0，并且不能更改设备优先级
  12. 3. （可选）备份根桥
  13. [Huawei] stp root secondary
  14. 配置当前交换机为备份根桥。缺省情况下，交换机不作为任何生成树的备份根桥。配置后该设备优先级
  15. 数值为4096，并且不能更改设备优先级。
  17. 4. （可选）配置交换机的STP优先级
  18. [Huawei] stp priority priority
  19. 缺省情况下，交换机的优先级取值是32768。
  21. 5. （可选）配置接口路径开销
  22. [Huawei] stp pathcost**-standard** { dot1d-1998 | dot1t | legacy }
  23. 配置接口路径开销计算方法。缺省情况下，路径开销值的计算方法为IEEE 802.1t（dot1t）标准方法。
  24. 同一网络内所有交换机的接口路径开销应使用相同的计算方法。
  25. [Huawei-GigabitEthernet0/0/1] stp cost cost
  26. 设置当前接口的路径开销值。
  28. 6. （可选）配置接口优先级
  29. [Huawei-intf] stp priority priority
  30. 配置接口的优先级。缺省情况下，交换机接口的优先级取值是128。
  32. 7. 启用STP/RSTP/MSTP
  33. [Huawei] stp enable
  34. 使能交换机的STP/RSTP/MSTP功能。缺省情况下，设备的STP/RSTP/MSTP功能处于启用状态。
  35. RSTP
  36. interface g0/0/1
  37. undo stp enable //接口下关闭生成树，此接口不参与生成树构建
  38. port-group group-member g0/0/1 to g0/0/4 //接口组配置，可以把相同配置的接口一次性配置
  39. 完毕

四、802.1D生成树实验

实验拓扑：

 我们选取SVI的实验来进行总结生成树中的知识：

其中LSW2和LS8是汇聚层的交换机，两者之间互相连线实现设备和线路冗余，而LSW4和LS5则s是接入层交换机，实现终端的接入。

实验配置：

SW2:

  1. #
  2. sysname sw2
  3. #
  4. vlan batch 10 200 300 400 #创建vlan
  5. #
  6. stp mode stp #生成树模式变更为stp
  7. stp instance 0 root primary #配置当前设备为根桥。配置后该设备优先级数值自动
  8. 为0，并且不能更改设备优先级。
  10. #
  11. interface Vlanif10
  12. ip address 192.168.0.1 255.255.255.252
  13. ospf network-type p2p
  14. #
  15. interface Vlanif200
  16. ip address 192.168.20.1 255.255.255.0
  17. dhcp select interface
  18. #
  19. interface Vlanif300
  20. ip address 192.168.30.1 255.255.255.0
  21. dhcp select interface
  22. #
  23. interface Vlanif400
  24. ip address 192.168.40.1 255.255.255.0
  25. dhcp select interface
  26. #
  27. interface MEth0/0/1
  28. #
  29. interface GigabitEthernet0/0/1
  30. port link-type trunk
  31. undo port trunk allow-pass vlan 1
  32. port trunk allow-pass vlan 10
  33. stp disable
  34. #
  35. interface GigabitEthernet0/0/2
  36. port link-type trunk
  37. undo port trunk allow-pass vlan 1
  38. port trunk allow-pass vlan 200
  39. #
  40. interface GigabitEthernet0/0/3
  41. port link-type trunk
  42. undo port trunk allow-pass vlan 1
  43. port trunk allow-pass vlan 300 400
  44. #
  45. interface GigabitEthernet0/0/4
  46. port link-type trunk
  47. undo port trunk allow-pass vlan 1
  48. port trunk allow-pass vlan 200 300 400
  49. #
  50. interface GigabitEthernet0/0/5
  51. port link-type trunk
  52. undo port trunk allow-pass vlan 1
  53. port trunk allow-pass vlan 200 300 400
  54. stp instance 0 port priority 0

SW8:

  1. #
  2. sysname sw8
  3. #
  4. stp mode stp
  5. stp instance 0 root secondary # 配置当前交换机为备份根桥。
  7. #
  8. interface GigabitEthernet0/0/1
  9. port link-type trunk
  10. undo port trunk allow-pass vlan 1
  11. port trunk allow-pass vlan 200 300 400
  12. stp instance 0 cost 1
  13. #
  14. interface GigabitEthernet0/0/2
  15. port link-type trunk
  16. undo port trunk allow-pass vlan 1
  17. port trunk allow-pass vlan 200 300 400
  18. stp instance 0 cost 1
  19. #
  20. interface GigabitEthernet0/0/3
  21. port link-type trunk
  22. undo port trunk allow-pass vlan 1
  23. port trunk allow-pass vlan 200
  24. #
  25. interface GigabitEthernet0/0/4
  26. port link-type trunk
  27. undo port trunk allow-pass vlan 1
  28. stp disable
  29. #
  30. interface GigabitEthernet0/0/5
  31. port link-type trunk
  32. undo port trunk allow-pass vlan 1
  33. port trunk allow-pass vlan 300 400

SW4:

  1. sysname sw4
  2. #
  3. vlan batch 200
  4. #
  5. stp mode stp
  6. #
  7. cluster enable
  8. ntdp enable
  9. ndp enable
  10. #
  11. drop illegal-mac alarm
  12. #
  13. diffserv domain default
  14. #
  15. drop-profile default
  16. #
  17. aaa
  18. authentication-scheme default
  19. authorization-scheme default
  20. accounting-scheme default
  21. domain default
  22. domain default_admin
  23. local-user admin password simple admin
  24. local-user admin service-type http
  25. #
  26. interface Vlanif1
  27. #
  28. interface MEth0/0/1
  29. #
  30. interface GigabitEthernet0/0/1
  31. port link-type trunk
  32. undo port trunk allow-pass vlan 1
  33. port trunk allow-pass vlan 200
  34. #
  35. interface GigabitEthernet0/0/2
  36. port link-type access
  37. port default vlan 200
  38. #
  39. interface GigabitEthernet0/0/3
  40. port link-type access
  41. port default vlan 200
  42. #
  43. interface GigabitEthernet0/0/4
  44. port link-type trunk
  45. undo port trunk allow-pass vlan 1
  46. port trunk allow-pass vlan 200

SW5:

  1. #
  2. sysname sw5
  3. #
  4. vlan batch 300 400
  5. #
  6. stp mode stp
  7. #
  8. cluster enable
  9. ntdp enable
  10. ndp enable
  11. #
  12. drop illegal-mac alarm
  13. #
  14. diffserv domain default
  15. #
  16. drop-profile default
  17. #
  18. aaa
  19. authentication-scheme default
  20. authorization-scheme default
  21. accounting-scheme default
  22. domain default
  23. domain default_admin
  24. local-user admin password simple admin
  25. local-user admin service-type http
  26. #
  27. interface Vlanif1
  28. #
  29. interface MEth0/0/1
  30. #
  31. interface GigabitEthernet0/0/1
  32. port link-type trunk
  33. undo port trunk allow-pass vlan 1
  34. port trunk allow-pass vlan 300 400
  35. #
  36. interface GigabitEthernet0/0/2
  37. port link-type access
  38. port default vlan 300
  39. #
  40. interface GigabitEthernet0/0/3
  41. port link-type access
  42. port default vlan 400
  43. #
  44. interface GigabitEthernet0/0/4
  45. port link-type trunk
  46. undo port trunk allow-pass vlan 1
  47. port trunk allow-pass vlan 300 400
  48. #

配置完成后，在SW8上观察现象：

  • 由于实验设置SW2交换机是根网桥，所以只有SW2在配置完成后发送BPDU，其他交换机在之后只进行选取根端口。
  • 从图中我们可以发现G0/0/1是根接口。而G0/0/2则是阻塞端口，DISCARDING代表阻塞状态。

从中我们可以总结：

  • DESI则代表指定端口，结束后状态归为转发状态（从一开始down到listening到learning到forwarding）
  • listening状态代表已经选取完根网桥，当接口处于该状态时，STP初步认定该接口为根接口或指定接口，但接口依然处于STP计算的过程中，此时接口可以收发BPDU，但是不能收发业务数据帧，也不会进行MAC地址学习。
  • leaning状态代表当接口处于该状态时，会侦听业务数据帧（但是不能转发业务数据帧），并且在收到业务数据帧后进行MAC地址学习。
  • forwarding状态代表处于该状态的接口可以正常地收发业务数据帧，也会进行BPDU处理。接口的 角色需是根接口或指定接口才能进入转发状态。

拓展知识：

若想将SW8上的跟接口修改为g0/0/2，只需要进行简单的配置即可。 下述图是BPDU（桥协议数据单元）的报文格式，我们可以修改底下的参数，到达修改根端口的效果。

 实验思路：

一、修改RID

由于Root ID 均为SW2，所以修改SW2无法到达选取根接口的目的。（Root ID是由优先级+MAC地址得到）

二、修改RPC达到选取根端口的目的（RPC即路径开销，修改时需要在交换机入接口进行修改）

我们先在g0/0/1的接口查看stp的具体参数，不难发现一开始RPC值为20000，所以我们进行修改。所以我们可以修改RPC值为1，越小越优，从而导致根接口为g/0/0/2。 

 实验配置：

  1. interface GigabitEthernet0/0/2
  2. stp instance 0 cost 1

查询根接口：

 三、修改BID：

由于BID（桥ID）也是MAC地址+优先级计算出值，但因为SW8到达SW2的路径是一样的，故MAC地址是一样的，所以修改优先级无法达成实验效果，故通过BID无法到达选取效果。

四、修改PID：

由于PID（Port ID）是接口号＋优先级计算出值，由于接口号不同，所以只需修改优先级便可完成实验需求。

 从LW8上截图我们可以发现优先级是128（或128的倍数），只需要在LSW2上修改优先级即可达成实验要求。（优先级在根网桥上进行，RPC在根端口上进行）

配置：

  1. SW2:
  2. stp instance 0 port priority 0

从SW8上查看根接口：

 此时，G0/0/2为根接口。

五、RSTP

 为什么要使用RSTP？

解释：

  • STP协议虽然能够解决环路问题，但是由于网络拓扑收敛慢，影响了用户通信质量。如果网络中的 拓扑结构频繁变化，网络也会随之频繁失去连通性，从而导致用户通信频繁中断，这是用户无法忍 受的。
  • STP没有细致区分接口状态和接口角色，不利于初学者学习及部署。
  • 网络协议的优劣往往取决于协议是否对各种情况加以细致区分。
  • 从用户角度来讲，Listening、Learning和Blocking状态并没有区别，都同样不转发用户流 量。 从使用和配置角度来讲，接口之间最本质的区别并不在于接口状态，而是在于接口扮演的角 色。
  • 根接口和指定接口可以都处于Listening状态，也可能都处于Forwarding状态。
  • STP算法是被动的算法，依赖定时器等待的方式判断拓扑变化，收敛速度慢。
  • STP算法要求在稳定的拓扑中，根桥主动发出配置BPDU报文，而其他设备进行处理，传遍整个STP 网络。这也是导致拓扑收敛

本次实验使用两个拓扑来解释RSTP：

一、利用简单的拓扑解释RSTP：

实验拓扑：

实验配置： 

SW1（其余两台设备配置与其相同）：

stp mode rstp

SW2：

stp instance 0 root primary #设置其优先级为0.默认该设备为根桥。

SW3:

stp instance 0 root secondary #设置优先级为4096，默认为根桥的备份

此时，我们查看SW1，SW2，SW3上的生成树：

SW1：

一个接口角色为ALTE，代表他是根接口的备份。状态时DISCARDING（即不转发数据也不学习mac地址，在802.1D生成树中，disabled，blocking，listening都与其一样）

SW3：

 一个接口角色为ALTE，代表他是根接口的备份。而一个接口为BACK，此为desigenation（即指定端口）的备份，这是因为SW3为根网桥备份，所以G0/0/2的接口此时为角色。而其余接口状态均为forwarding（即转发）。

六、利用802.1D生成树中的拓扑来实现MSTP的功能：

实验拓扑： 

 

实验配置：

SW8：

  1. <sw8>
  2. #
  3. stp mode rstp #修改生成树类型为rstp
  4. stp instance 0 root secondary
  5. #
  6. stp root-protection
  7. #
  8. interface GigabitEthernet0/0/5
  9. stp root-protection #根保护，目的是防止外来接入设备而导致的生成
  10. 树动荡
  12. #interface GigabitEthernet0/0/2
  13. stp tc-protection
  14. #tc保护，tc本身是生成树创造出来为了应付拓扑变更而设置的，即tcn。而如果被恶意用户侵占，伪造大量TC置位的RST BPDU并向外发送。SW2收到这些RST BPDU后，会频繁执行MAC地址表项的删 除操作形成巨大负担。（从某个接口收到tc消息，将会删除该接口的mac地址）。

SW4：

  1. <sw4>
  2. #
  3. stp mode rstp #修改生成树类型rstp
  4. stp bpdu-protection #开启bpdu保护，是防止边缘端口中有恶意攻击交换设备，交
  5. 换设备会自动将边缘端口设置为非边缘端口，并重新进行生
  6. 成树计算，从而引起网络震荡。
  7. #
  8. interface GigabitEthernet0/0/2
  9. stp edged-port enable #开启边缘端口，让下游的终端接口不参与生成树计算。
  11. #
  12. interface GigabitEthernet0/0/4
  13. stp loop-protection #开启环路保护，主要目的是为了防止光纤的的单向链路故障
  14. 或链路堵塞而导致的成环问题。

六、MSTP

使用原因：

STP在STP基础上进行了改进，实现了网络拓扑快速收敛。但在划分VLAN的网络中RSTP/STP，局域网内所有的VLAN共享一棵生成树，被阻塞后的链路将不承载任何流量,无法在 VLAN间实现数据流量的负载均衡，导致链路带宽利用率、设备资源利用率较低。故诞生了MSTP。

实验拓扑：

 SW1：

  1. #
  2. vlan batch 2 to 5 #创建VLAN
  4. #
  5. stp instance 1 root primary #将此交换机设置为实例1的主根
  6. stp instance 2 root secondary #将此交换机设置为实例2的备份根
  7. #
  8. stp region-configuration #进入MSTP域视图
  9. region-name nnn #每个域中的MSTP名字应一样
  10. instance 1 vlan 2 to 3 #将vlan2 3 划分到 实例1 中 域中每个路由器配置
  11. 相同
  12. instance 2 vlan 4 to 5
  13. active region-configuration #启动MSTP域
  14. #
  15. interface GigabitEthernet0/0/1
  16. port link-type trunk
  17. undo port trunk allow-pass vlan 1
  18. port trunk allow-pass vlan 2 to 4
  19. #
  20. interface GigabitEthernet0/0/2
  21. port link-type trunk
  22. undo port trunk allow-pass vlan 1
  23. port trunk allow-pass vlan 2 to 4
  24. #
  25. interface GigabitEthernet0/0/3
  26. port link-type trunk
  27. undo port trunk allow-pass vlan 1
  28. port trunk allow-pass vlan 2 to 5
  29. stp root-protection
  30. #
  31. interface GigabitEthernet0/0/4
  32. port link-type trunk
  33. undo port trunk allow-pass vlan 1
  34. port trunk allow-pass vlan 2 to 5
  35. stp root-protection #根保护

SW2： 

  1. #
  2. vlan batch 2 to 5
  3. #
  4. stp instance 1 root secondary #与SW1配置相同
  5. stp instance 2 root primary
  6. #
  7. stp region-configuration #整个域配置相同
  8. region-name nnn
  9. instance 1 vlan 2 to 3
  10. instance 2 vlan 4 to 5
  11. active region-configuration
  12. #
  13. interface GigabitEthernet0/0/1
  14. port link-type trunk
  15. undo port trunk allow-pass vlan 1
  16. port trunk allow-pass vlan 2 to 5
  17. #
  18. interface GigabitEthernet0/0/2
  19. port link-type trunk
  20. undo port trunk allow-pass vlan 1
  21. port trunk allow-pass vlan 2 to 5
  22. #
  23. interface GigabitEthernet0/0/3
  24. port link-type trunk
  25. undo port trunk allow-pass vlan 1
  26. port trunk allow-pass vlan 2 to 5
  27. stp root-protection
  28. #
  29. interface GigabitEthernet0/0/4
  30. port link-type trunk
  31. undo port trunk allow-pass vlan 1
  32. port trunk allow-pass vlan 2 to 5
  33. stp root-protection

SW3：

  1. #
  2. vlan batch 2 to 5
  3. #
  4. stp bpdu-protection #设置BPDU保护，防止边缘端口出问题
  5. #
  6. stp region-configuration
  7. region-name nnn
  8. instance 1 vlan 2 to 3
  9. instance 2 vlan 4 to 5
  10. active region-configuration
  11. #
  12. interface GigabitEthernet0/0/1
  13. port link-type trunk
  14. undo port trunk allow-pass vlan 1
  15. port trunk allow-pass vlan 2 to 5
  16. stp loop-protection #设置环路保护
  17. #
  18. interface GigabitEthernet0/0/2
  19. port link-type trunk
  20. undo port trunk allow-pass vlan 1
  21. port trunk allow-pass vlan 2 to 5
  22. #
  23. interface GigabitEthernet0/0/3
  24. port link-type access
  25. port default vlan 2
  26. stp edged-port enable #设置边缘端口
  27. #
  28. interface GigabitEthernet0/0/4
  29. port link-type access
  30. port default vlan 3
  31. stp edged-port enable
  32. #
  33. interface GigabitEthernet0/0/5
  34. port link-type access
  35. port default vlan 4
  36. stp edged-port enable
  37. #
  38. interface GigabitEthernet0/0/6
  39. port link-type access
  40. port default vlan 5
  41. stp edged-port enable

SW4：

  1. <A2>dis cur
  2. <A2>dis current-configuration
  3. #
  4. sysname A2
  5. #
  6. vlan batch 2 to 5
  7. #
  8. stp bpdu-protection
  9. #
  10. stp region-configuration
  11. region-name nnn
  12. instance 1 vlan 2 to 3
  13. instance 2 vlan 4 to 5
  14. active region-configuration
  15. #
  16. interface GigabitEthernet0/0/1
  17. port link-type trunk
  18. undo port trunk allow-pass vlan 1
  19. port trunk allow-pass vlan 2 to 5
  20. #
  21. interface GigabitEthernet0/0/2
  22. port link-type trunk
  23. undo port trunk allow-pass vlan 1
  24. port trunk allow-pass vlan 2 to 5
  25. stp loop-protection
  26. #
  27. interface GigabitEthernet0/0/3
  28. port link-type access
  29. port default vlan 2
  30. stp edged-port enable
  31. #
  32. interface GigabitEthernet0/0/4
  33. port link-type access
  34. port default vlan 3
  35. stp edged-port enable
  36. #
  37. interface GigabitEthernet0/0/5
  38. port link-type access
  39. port default vlan 4
  40. stp edged-port enable
  41. #
  42. interface GigabitEthernet0/0/6
  43. port link-type access
  44. port default vlan 5
  45. stp edged-port enable

配置完成后，在SW3上查看实例1和实例2的生成树表：

instance1：

instance2： 

此刻，由于instance1 的存在，vlan 2 3 的流量走g0/0/1 接口，而vlan 4 5 的流量走g0/0/2接口。

至此，MSTP结束。

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