生产树协议-基础知识_综合_软件

一．生成树的概述

生成树协议工作在第二层，通过一定技术将网络的结构变成树形结构。原因【防止网络中出现环路】；出现环形的网络拓扑时存在的问题【信息无法到达对方，信息在网络中始终循环】

参考1：

https://baike.baidu.com/item/%E7%94%9F%E6%88%90%E6%A0%91%E5%8D%8F%E8%AE%AE/1309781?fromtitle=%E7%94%9F%E6%88%90%E6%A0%91&fromid=10284070&fr=aladdin

参考2：https://blog.51cto.com/dengqi/1253320

二．生成树网络中的接口类型【注意的问题：所有的端口都是需要进行学习{优先级，MAC，带宽}】

（1）根端口：【首先必须找到根桥，根桥所对应的端口均为根端口】【由优先级<0-61440>

和MAC地址来决定】【优先级0是最高级别，61440是最低级别的，4096为倍数；即0，4096，8192.......】

（2）指定端口：【根桥上的所有端口均为指定端口】

（3）阻塞端口：【根据MAC地址和到达根桥花费值来决定】

（4）可以通过修改端口的优先级，来调整该端口是指定端口还是阻塞端口；<0-240>的参数，0的优先级最低，240的优先级最高；是以16位倍数进行调整，即0,16,32......;

三．生成树的基础实例

分析：

1-由两台交换机和4台PC机构成的一个简单的局域网；

2-两台交换机之间由两条链路连接在一起；即在两台交换机之间形成了一个环路；其中的一个接口将处于监听状态；则该链路不参与数据的传输，只作为备份的链路存在；

3-看到在两条链路上的四个节点之间，有一个节点处于监听状态【在交换机上默认启动了生成树协议】

4-所有PC机在同一个VLAN下，所有只规划了192.168.10.0/24的C类标准网络；

5-在交换的网络中，每个VLAN都能够构成一个生产树；即有自己的树根、根端口、指定端口和阻塞端口等；

验证：四台PC机在同一个局域网中，在默认情况下，可以相互通信；

实例1：在没有关闭生成树协议的情况下，PC0到PC1【没有经过环路，是SW1上的设备】

C:>ping 192.168.10.2

Reply from 192.168.10.2: bytes=32 time=5ms TTL=128

Reply from 192.168.10.2: bytes=32 time<1ms TTL=128

实例2：在没有关闭生成树协议的情况下，PC0到PC2【经过环路，是SW1到sw2】

C:>ping 192.168.10.3

Reply from 192.168.10.3: bytes=32 time=1ms TTL=128

Reply from 192.168.10.3: bytes=32 time<1ms TTL=128

实例3：在关闭生成树协议的情况下，PC0到PC1【没有经过环路，是SW1上的设备】

（1）关闭sw1的生成树协议

Switch>en

Switch#conf t

Switch(config)#host sw1

sw1(config)#no spanning-tree mode //关闭生成树

sw1(config)#no spanning-tree vlan 1 //关闭VLAN1的生成树协议

（2）关闭sw2的生成树协议

Switch>en

Switch#conf t

Switch(config)#host sw1

Sw2(config)#no spanning-tree mode //关闭生成树

Sw2(config)#no spanning-tree vlan 1 //关闭VLAN1的生成树协议

（3）现象：两台交换机之间链路的监听端口不存在了；即存在环路；

C:>ping 192.168.10.4

Request timed out.

Reply from 192.168.10.4: bytes=32 time=23ms TTL=128

Request timed out.

PC0与PC4【跨交换机之间的连接就出现了断点；是由于网络中存在环路的原因。】

（4）结论，当网络中存在环路时，无论是跨交换机通信还是不跨交换机通信，网络设置之间的连接都将存在一定的问题，有不规则的断点存在。

四．根桥的选取

1.根桥的选举:

（1）选择方法1：根据优先级（0~61440）来选择，优先级最小的为根；若优先级相同，则看交换机背板的基本MAC地址，MAC地址最小的为根，MAC最大的就必定有一个端口为阻塞端口；

注意：交换机的背板MAC地址的查看方法【sw1#show version】

（2）选取方法2：通过直接修改交换机设备的优先级，来决定生成树的根；默认情况下，所有交换机的优先级都是【32768】；由于默认情况下所有交换机上只有一个VLAN1,所以在查看生成树信息时，只能看到VLAN1优先级信息。命令：

sw1(config)#spanning-tree vlan 1 priority 0 //设置VLAN1的优先级为0，0为最高优先级；

（3）选取方法3：通过命令直接定义主根和副根；

定义主根的命令：spanning-tree vlan * root primary //配置为主根

定义副根的命令：spanning-tree vlan * root se //配置为福根

实例1：正常状态下的根桥选择实例【即未对交换机做任何的配置】

如何来确定SW1是否为根桥？通过【sw1#show spanning-tree】命令后，查看在结果中是否存在【This bridge is the root】，如果有存在，则SW1是根桥，否则，SW1不是根桥；

sw1#show spanning-tree //查看生成树协议信息

VLAN0001 //vlan的编号信息

Spanning tree enabled protocol ieee //表示交换机使用的生成树协议是"PVST+",这也是思科默认的生成树协议。

Root ID Priority 32769 //根桥的优先级【生成树的默认优先级+VLAN的编号】

Address 0001.4237.CEAB //根桥的基本MAC地址

Cost 19 //从SW1都根桥的花费值

Hello Time 2sec Max Age 20sec Forward Delay 15sec //BPDU发送间隔默认2秒，最大存在时间是20秒，转发延时是15秒。

Bridge ID Priority 32769 //sw1的优先级【生成树的默认优先级+VLAN的编号】

Address 0030.A351.C7CE //SW1的MAC地址

Interface【接口】Role【角色】Sts【状态】Cost【花费】 Prio.Nbr Type

---------------- ---- --- --------- ----------------------------------------

Fa0/4 Desg FWD 19 128.4 P2p

Fa0/3 Desg FWD 19 128.3 P2p

Fa0/2 Altn BLK 19 128.2 P2p

Fa0/1 Root FWD 19 128.1 P2p

角色：Desg：指定端口；Root：根端口；Altn：替换端口

状态：FWD：转发状态，BLK：阻塞状态，LRN：学习状态

类型：P2P：点到点【指的是接口的类型】

花费：19【说明sw1与sw2之间的链路带宽是100M】

sw2#show spanning-tree //查看生成树协议信息

VLAN0001 //显示VLAN1的相关生成树的信息

Spanning tree enabled protocol ieee //表示交换机使用的生成树协议是"PVST+",这也是思科默认的生成树协议。

Root ID Priority 32769 //根桥的优先级【生成树的默认优先级+VLAN的编号】

Address 0001.4237.CEAB //根桥的基本MAC地址

This bridge is the root //指出该交换机是根桥

Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec //BPDU发送间隔默认2秒，最大存在时间是20秒，转发延时是15秒。

Bridge ID Priority 32769 (priority 32768 sys-id-ext 1) //sw1桥ID的优先级

Address 0001.4237.CEAB //sw2的MAC地址

Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec Aging Time20 //BPDU发送间隔默认2秒，最大存在时间是20秒，转发延时是15秒。

Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type

---------------- ---- --- --------- -------

Fa0/2 Desg FWD 19 128.2 P2p

Fa0/3 Desg FWD 19 128.3 P2p

Fa0/4 Desg FWD 19 128.4 P2p

Fa0/1 Desg FWD 19 128.1 P2p

sw2#

实例2：通过改变优先级来确定SW1为VLAN1的根桥

sw1(config)#spanning-tree vlan 1 priority 0 //设置VLAN1的优先级为0

sw1#show spanning-tree

VLAN0001

Spanning tree enabled protocol ieee

Root ID Priority 1 //优先级0+VLAN的编号

Address 0030.A351.C7CE

This bridge is the root //指定当前的交换机为根交换机

Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec

Bridge ID Priority 1 (priority 0 sys-id-ext 1)

Address 0030.A351.C7CE

Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec Aging Time20

Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type

---------------- ---- --- --------- ----------------------------------------

Fa0/4 Desg FWD 19 128.4 P2p

Fa0/3 Desg FWD 19 128.3 P2p

Fa0/2 Desg FWD 19 128.2 P2p

Fa0/1 Desg FWD 19 128.1 P2p

实例3：通过命令来确定SW2为VLAN1的根桥

sw2(config)#spanning-tree vlan 1 root primary //指定当前的交换机为主要根交换机

sw2#show spanning-tree

VLAN0001

Spanning tree enabled protocol ieee

Root ID Priority 1 //通过rootprimary命令后，设备的优先级变为0

Address 0001.4237.CEAB

This bridge is the root

Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec

Bridge ID Priority 1 (priority 0 sys-id-ext 1)

Address 0001.4237.CEAB

Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec Aging Time20

Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type

---------------- ---- --- --------- ----------------------------------------

Fa0/2 Desg FWD 19 128.2 P2p

Fa0/3 Desg FWD 19 128.3 P2p

Fa0/4 Desg FWD 19 128.4 P2p

Fa0/1 Desg FWD 19 128.1 P2p

实例4：根据拓扑图完成根交换机的配置

配置要求：

（1）创建vlan

（2）将相应的接口划分到指定的vlan中

（3）设置trunk链路（8条）

（4）启用生成树协议STP

（5）配置主/副根

①M1作为vlan2 和vlan1的主根，vlan3的副根

②M2作为vlan3 的主根，vlan2和vlan1的副根

（6）配置实例

①spanning-tree vlan *root primary //配置为主根

②spanning-tree vlan *root se //配置为福根

（7）查看配置情况【show spanning-tree】

配置过程：

1-创建VLAN信息及设备的主机名

Switch>en

Switch#conf t

Switch(config)#vlan 2

Switch(config-vlan)#vlan 3

Switch(config-vlan)#hostname S1

2-将接口划分到指定的VLAN中

S1(config)#int f0/4

S1(config-if)#switchport mode access

S1(config-if)#switchport access vlan 2

S1(config-if)#int f0/5

S1(config-if)#switchport mode access

S1(config-if)#switchport access vlan 3

3-设置设备间的TRUNK链路

M1(config)#int range f0/1-4

M1(config-if-range)#switchport trunk encapsulation dot1q//封装DOT1Q协议

M1(config-if-range)#switchport mode trunk //设置接口的工作模式为trunk

M1(config-if-range)#switchport trunk allowed vlan 1-3 //只允许vlan1-3的信息通过该链路

M2(config)#int range f0/1,f0/3-4,f0/7

M2(config-if-range)#switchport trunk encapsulation dot1q

M2(config-if-range)#switchport mode trunk

M2(config-if-range)#switchport trunk allowed vlan 1-3

S1(config)#int range f0/1-3,f0/7

S1(config-if-range)#switchport mode trunk

S1(config-if-range)#switchport trunk allowed vlan 1-3

S2(config)#int range f0/1-3,f0/6

S2(config-if-range)#switchport mode trunk

S2(config-if-range)#switchport trunk allowed vlan 1-3

4-检查VLAN的划分情况

5-查看TRUNK链路的配置情况

6-启动生成树协议

M2(config)#spanning-tree mode pvst

7-配置主根和副根

（1）配置M1作为vlan2 和vlan1的主根，vlan3的副根

M1(config)#spanning-tree vlan 1-2 root primary //配置M1为vlan1和vlan2的主根

M1(config)#spanning-tree vlan 3 root secondary //配置M1为vlan3的副根

（2）M2作为vlan3 的主根，vlan2和vlan1的副根

M2(config)#spanning-tree vlan 3 root primary //配置M1为vlan3的主根

M2(config)#spanning-tree vlan 1-2 root secondary //配置M1为vlan1和vlan2的副根

8-检查主根和副根的配置情况

9-改变端口的带宽，从而改变端口的花费值，观察端口的状态，以f0/6为例

M2(config)#int f0/6

M2(config-if)#speed 10

S2(config)#int f0/6

S2(config-if)#speed 10

说明：发现F0/6接口在VLAN1-3上的状态均变成了【阻塞状态】，且花费值变成了100；

10-改变端口的优先级，观察端口的状态变化情况

S1(config)#int f0/1

S1(config-if)#spanning-tree vlan 1-3 port-priority 240

M1(config)#int f0/1

M1(config-if)#spanning-tree vlan 1-3 port-priority 240

说明：发现FO/1的优先级变成240了；

五．最佳路径

1.最佳路径的选择是根据“开销路径”来选择；【开销路径=路径上各发送端口的开销之和】【10G=2;1G=4;100M=19;10M=100】

2.阻塞端口的选择【1.根据路由的花销，最大的花销被设置阻塞端口】【如果说花销是相同的，通过优先级别来判断，优先级别的数字越小，则该端口被设置阻塞端口】【如果花销相同，优先级也相同，MAC地址最大的被设置为阻塞端口】【当在一个交换机上BID（桥ID)和MAC地址是相同的，则通过两个接口的PID号来决定，PID号最大的被设置为阻塞端口】

六．说明

STP通过以下四步使网络收敛为无环拓扑

（1）每广播域选出唯一一个根桥

（2）每非根桥产生唯一一个根端口

（3）每网段有且只有一个指定端口

（4）既不属于根端口也不是指定端口的端口将被阻塞。

七．配置方法

1.通过命令直接指定主根和副根

spannning-tree vlan * root primary //指定该交换机为某个vlan的主根[通过这种方式设置的主根，一般不会发生变化]

spannning-tree vlan * root secondary //指定该交换机为某个vlan的副根[通过这种方式设置的副根，一般不会发生变化]

2.通过设置优先级来指定主根和副根

spanning-tree vlan * priority<0~61440>//以4096的倍数设置生成树的优先级，0的优先级最高[通过这种方式设置的主根/副根，一般不稳定]

3.通过修改接口的speed来控制端口的状态[阻塞、监听]

speed [10/100/auto]

4.通过修改接口的参数来控制端口的状态[根端口、阻塞、监听]

Switch(config-if)#spanning-tree ?

bpduguard Don"t accept BPDUs on thisinterface //启用BPDU保护功能

guard Change aninterface"s spanning tree guard mode //启用根保护功能，防止其他交换机抢占根桥

link-type Specify a link type for spanningtree protocol use //设置端口的连接类型：全双工模式端口被认为是有点对点链接；半双工端口被认为是有一个共享链接。

portfast Enable an interface to movedirectly to forwarding on link up

vlan VLANSwitch Spanning Tree //设置VLA下端口的优先级别，<0~240>,0的优先级别最低，240的优先级别最高，16位倍数

八.带宽的花费值说明

（1）10M的花费为100

（2）100M的花费为10

（3）1G的花费为4

（4）10G的花费为2

九．结论

1.根桥的选举:

注意：交换机的背板MAC地址的查看方法【sw1#show version】

sw1(config)#spanning-tree vlan 1 priority 0 //设置VLAN1的优先级为0，0为最高优先级；

（3）选取方法3：通过命令直接定义主根和副根；

定义主根的命令：spanning-tree vlan * root primary //配置为主根

定义副根的命令：spanning-tree vlan * root secondary //配置为福根

2.根桥的所有端口都为指定端口【Desg】；根桥所对应的端口原则上都是根端口【Root】；

3.默认状态下所有的交换机均开启生成树协议；

4.生成树的作用之一是防止环路的产生；

5.原则上每一个VLAN属于一个生成树，该生成树的根是根据优先级和交换机的背板MAC地址来决定。每一个VLAN具有一个独立的根。也可以多个VLAN使用一个根；

6.在设置生成树的优先级时，是以4096的倍数为基础进行设置【0，4096，8192.......】；

7.当优先级为0时，该交换机也不一定是根桥【如果在同一个VLAN的网络中有设置某一个交换机为“primary”，则此交换机为该VLAN的根】；

8.在一个VLAN中可以设置主根和副根，副根只有在主根出现问题时才启用；

9.在查看生成树配置时，如果为根交换机将提示“this is bridge is the root”，且"ROOTID"和“BRIDGE ID"的MAC地址是相同的；

10.在一个VLAN中只能有一个主根和一个副根；

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