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STP协议原理及配置
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（bridge protocol data unit）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。
　　IEEE 802.1d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（rapid spanning tree protocol）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config spanning-tree mode可以设置STP模式为802.1d STP或者802.1w rSTP.
　　1.2 配置STP
　　交换机中默认存在一个default STP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create STPd和delete STPd可以创建或删除STP.
　　缺省的default STP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config STPd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config STPd port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：
　　* bridge priority
　　* hello time
　　* forward delay
　　* max age
　　另外每个端口上可以调整以下参数：
　　* path cost
　　* port priority
　　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show STPd可以查看STP的状态，包括：
　　* bridgeid
　　* root bridgeid
　　* STP的各种配置的参数
　　利用命令show STPd port可以显示端口的STP状态，包括：
　　* 端口状态
　　* designated port
　　* 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　PER VLAN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-tree vlan vlan-list
步骤：
switch＃c onfig t
switch(config)# spanning-tree vlan 10
switch(config)#end
switch#show spanning-tree summary/detail
summary摘要　　detail详细
Bridge Identifier has priority 8912,address 0006.eb06.1741 (本地交换机网桥ＩＤ）
desigated root has priority 8912,address 0006.eb06.1741 (根网桥ＩＤ）
designated port is 7,path cost 0 (路径成本）
times: hold1, topology change 35, notification 2
hello 2, max age 20, forward delay 15 （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-tree vlan vlan-id root primary  （网桥优先级被置为24576）
　　步骤：
　　switch＃c onfig terminal
　　switch（config）#spanning-tree vlan vlan-id root primary dianmeter net-diameter  hello-time sec
　　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
　　diameter netdianmeter：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#show spanning-tree vlan vlan-id detail
　　让交换机返回缺省的配置，可以使用如下命令：
　　no spanstree vlan vlan-id root
　　2＞修改网桥的优先级别：
　　多数情况下做如下配置：
　　spanning -tree vlan vlan-id root primary （主ROOT网桥优先级被置为24576）
　　spanning-tree vlan vlan-id root secondary（备份ROOT网桥优先级被置为28672）
　　修改网桥优先级：
　　spanning-tree vlan vlan-id priority bridge-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（ROOT PATH　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-tree vlan vlan-id cost cost
　　no spanning-tree vlan vlan-id cost（恢复默认成本）
　　配置步骤：
　　＞1　config terminal 　　进入配置状态
　　＞2　interface interface-id 　进入端口配置界面
　　＞3　spanning-tree vlan vlan-id cost cost值　为某个VLAN配置端口成本
　　＞4　end
　　＞5　show spanning-tree interface interface-id detail　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  vlan vlan-id  port-priority priority值
　　no spanning-tree vlan vlan－id port-priority
　　1＞　config terminal 　（进入配置模式）
　　2＞　interface interface-id  （进入端口配置模式）
　　3＞ spanning-tree vlan vlan-id port-priority 值
　　4＞ end
　　5＞show spanning-tree interface interface-id detail
　　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-tree vlan vlan-id hello-time seconds
　　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（forward delay timer）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-tree vlan vlan-id forward-time seconds
　　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-tree vlan vlan-id max-age seconds
　　no spanning-tree vlan vlan-id max-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-tree portfast
　　switch（config-if）#no spanning-tree portfast（关闭速端口）
　　查看端口的速端口状态：
　　show spanning-tree interface interface-id detail  （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（uplink group），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：
　　no spanning-tree vlan vlan-id priority
　　要配置上行速链路，需要使用命令：
　　spanning-tree uplinkfast [ max-uplink-rate pkts-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：
　　show spanning-tree summary
　　no spanning-tree uplinkfast（关闭）