STP（生成树协议）和阻塞端口实验

一、 STP是什么

生成树协议STP（spanning tree protocol），
STP（Spanning Tree Protocol）是生成树协议的英文缩写，可应用于计算机网络中树形拓扑结构建立，主要作用是防止网桥网络中的冗余链路形成环路工作。

二、STP的基本原理

STP的基本原理是，通过在交换机之间传递一种特殊的协议报文的，网桥协议数据单元（Bridge Protocol Data Unit，简称BPDU），来确定网络的拓扑结构。BPDU有两种，配置BPDU（Configuration BPDU）和TCN BPDU。前者是用于计算无环的生成树的，后者则是用于在二层网络拓扑发生变化时产生用来缩短MAC表项的刷新时间（由默认的300s缩短为15s）。

三、 STP的使用场景

为了提高网络可好性，交换网络中通常会使用冗余链路的，然而，冗余链路会交给交换网络带来环路风险，并导致广播风暴以及MAC地址表不稳定等问题，进而会影响到用户的通信质量。生成树协议STP（spanning tree protocol）可以在提高可靠性的同时用能避免环路带来的各种的问题。

四、环路会引起的问题

（1）环路会引起广播风暴，网络中的主机会收到重复数据帧。
（2）环路会引起MAC地址表震荡，交换机的MAC地址不停的更改。

五、BPDU报文

STP需要网络设备相互交换消息来检测桥接环路，该消息称为网桥协议的数据单元BPDU。STP之所以能够良好的工作并构建一个无环的网络，是依赖于BPDU报文的泛洪，并根据报文中相关字段计算的结果

配置BPDU中的重要参数
Root Identifler(根ID)：发送此配置BPDU的交换机所认为的根交换机的交换机标识。
Root Path Cost(到根的路径的开销)：从发送此配置BPDU的交换机到达根交换机的最短路径总开销，含交换机根路径的开销，不含发送此配置BPDU的端口的开销。
Bridge Identifier（根ID）：发送此配置BPDU的交换机的STP交换机标识。
Port Identifier(端口ID)：发送此配置BPDU的交换机端口的STP端口标识。
比较次序：Root Identifier > Root Path Cost > Bridge Identifier > Port Identifier
规律：值越小越优先。

六、 生成树算法的步骤

第一步：选择根网桥（根路由器），
第二步：每个非根网桥（非根路由器）上选择根端口（RP）
第三步：在每条链路上都要选择一个指定端口（DP）
第四步：阻塞既不是根端口又不是指定端口的端口（AP）

第一步：如何选择根网桥（根路由器）
判断依据：网桥ID（BID）
网桥ID=网桥优先级+网桥的MAC地址
网桥优先级的取值范围：0-65535
缺省：32768

优先比较优先级，选最小的
当优先级相等的情况下，选MAC地址小的

第二步、何选择根端口（即非根网桥的根端口）？
1、到根桥最低的根路径成本：某个网桥到达根网桥的中间所有线路的路径成本之和用来代表一条线路带宽的大小
2、直连的网桥ID最小的
3、对端端口ID（PID）最小的
端口ID=端口优先级+端口编号
端口优先级：0-255 缺省：128

第四步、如何选择指定端口？
根网桥上的每个端口都是指定端口，都不会被阻塞
1、比较到达根桥的RPC（Root Path Cost），越小越优。
2、比较BPDU包发送者的BID，越小越优。
3、比较BPDU包发送者的PID，越小越优。
4、比较BPDU包接收者的PID，越小越优。

总结：stp算法中的比较都是选小的

七、STP的基础设置

1、生成树协议模式选择
【sw】stp mode {stp/rstp/mstp}默认时MSTP
2、配置交换机的优先级
【sw】stp prority pri ? 默认时32768 ，必须是4096的倍数
3、指定交换机位根桥：
【sw】stp root primary
4、指定交换机位次根桥
【sw】stp root secondary
5、启用/关闭生成树
【sw】stp enable/disable

八、阻塞端口的实验

1.首先先选根网桥（根路由），根网桥的选择方法是当优先级相等的情况下，选MAC地址小的，可以看到三个路由器的优先级都一样，MAC值SW1最小，所以SW1是根网桥。
2.其次选根端口，根端口存在于非根网桥上，需要每个非根网桥选择一个根端口，根端口的选择方法是（1）到根网桥最低的根成本路径。（2）直连的网桥ID最小（在比较端口ID值时，比较的时接受到的对端的端口ID值）（3）端口ID最小。
可以看出SW2的A1端口比A2端口成本小，所以A1是根端口。SW3中C2端口比C1端口成本小，所以C2是根端口。
3.再次选择指定端口，因为SW1为根网桥所以B1和B2端口都是指定端口，剩余的A2和C1端口进行比较选出指定端口，指定端口的选择方法是（1）根路径成本低（2）坐在交换机的网桥ID值较小（和选择根端口不同，在比较端口ID值时，比较的时自身的端口ID值。）（3）端口ID值较小。
到A2的花销为19，到CI的花销为100，所以A2是指定端口。

最后得出堵塞端口是C2。

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