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生成树协议是一基于OSI网路模型的数据链路层#xff08;第二层#xff09;通讯协定#xff0c;用作确保一个无回圈的区域网络环境。通过有选择性地阻塞网络冗余链路来达到消除网络二层环路的目的#xff0c;同时具备链路的备份功能#xff0c;又称扩展树协定。…生成树协议
生成树协议是一基于OSI网路模型的数据链路层第二层通讯协定用作确保一个无回圈的区域网络环境。通过有选择性地阻塞网络冗余链路来达到消除网络二层环路的目的同时具备链路的备份功能又称扩展树协定。
在一个二层交换网络中生成一棵树型结构逻辑的阻塞部分接口使得从根到所有的节点仅存在唯一的路径当最佳路径故障时自动打开部分阻塞端口来实现线路备份的作用
生成树协议的作用
在由交换机构成的交换网络中通常设计有冗余链路和设备。这种设计的目的是防止一个点的失败导致整个网络功能的丢失。虽然冗余设计可能消除的单点失败问题但也导致了交换回路的产生它会带来如下问题
1、广播风暴
2、MAC地址表翻滚 ---在一台交换机上同一个MAC地址只能映射唯一的接口但同一个接口可以映射多个不同的MAC地址
3、同一数据帧的重复拷贝
4、以上3个条件最终导致设备工作过载导致重启保护
生成树在生成过程中应该尽量的生成一棵星型结构且最短路径树
存在这几种 802.1D PVST PVST(CISCO) cisco私有
RSTP(802.1w)
MSTP(802.1S)
802.1D 普通生成树
一个交换网络内仅存在一棵生成树
交换机间使用BPDU—桥协议数据单元 – 交换机间沟通互动收发的数据
配置BPDU—只有根网桥可以发送在交换网络初始状态时所有交换机均定义本地为根网桥进行BPDU的发送使得网络中所有交换机均收到其他设备的BPDU之后基于数据中的参数进行比对选举出根网桥再所有非根网桥不再发送BPDU而是仅接收和转发根网桥的BPDU周期2s发送hold time 20s
TCN—拓扑变更消息也是BPDU 本地交换机链路故障后STP重新收敛为了快速刷新全网所有交换机的MAC表将向本地所有STP接口发送TCN标记位中的TCN位置1邻居交换机收到TCN后先标记为ACK位为回复用于可靠传输消息之后将TCN逐级转发到根网桥处由根网桥回复TC消息来逐级回复到所有交换机使所有交换机临时将MAC表的老化时间修改为15s默认的转发延时
生成树的选举规则
根网桥 – 在一棵生成树实例中有且仅有一台交换机为root
BPDU中的 桥ID来决定
桥ID 网桥优先级0-65535公有 默认32768 MAC地址只有存在svi接口的交换机才拥有mac地址若存在多个mac选数值最小
根网桥的选举 先比较优先级小优 若优先级相同比较mac数值小优 根端口—在每台非根网桥上有且仅有一个接口本地离根网桥最近的接口最短、星型接收来自根网桥的BPDU转发用户的流量该接口不阻塞 规则
1、比较从根网桥发出后通过该接口进入时最小的cost值 2、入向cost值相同比较该接口对端设备的BID小优 3、对端BID也相同比较该接口对端设备的接口的PID先优先级小若优先级一致编号小 4、连对端PID也相同比较本地PID小优
PID端口ID 接口优先级0-240步长16默认128 接口编号 指定端口在每一段存在STP的物理链路上有且仅有一个转发来自根网桥的BPDU同时可以转发用户流量不阻塞默认根网桥上所有接口为指定端口
1、比较从根网桥发出后通过该接口进入这段链路时的cost值最小出向 2、若出向cost值相同必须本地的BID小优 3、本地BID相同比较本地的PID 4、本地PID相同直接阻塞该端口
【4】非指定端口阻塞端口当以上所有角色全部选举完成后剩余没有任何角色的接口为非指定 该接口逻辑阻塞实际可以接收到信息但不转发
cost值不同带宽 存在不同cost
802.1d标准 802.1T标准
10M 100 1000M 20000
100M19 100M200000
1000M4
10000M2
100000M1
接口状态
down没有BPDU收发一旦可以进行BPDU收发进入下一状态
侦听强制15s所有交换机进行BPDU收发选举所有角色接口角色为非指定端口直接进入阻塞状态 若为指定端口和根端口进入下一状态
学习强制15s 指定端口和根端口学习所有接口连接设备的MAC地址生成MAC表之后进入下一状 态
转发指端端口和根端口进入可以转发用户报文
阻塞逻辑阻塞
注只有到接口进入到转发状态后才能为用户转发数据报文之前的30s不能转发任何数据 收敛时间
初次收敛—30s 15侦听15s学习
结构变化
存在直连检测本地存在阻塞端口若其他端口断开该阻塞端口马上进入15是侦听选举结果若为 启用那么将再进入15s学习---总30s
没有直连检测本地不存在阻塞端口若某个端口断开将发送次优BPDU以本地为根给其他邻居交换机其他交换机无视该数据进行20s hold time计时到时时阻塞接口进入15s侦听15s学习总50s
802.1D 缺点
1、收敛慢
2、链路利用率低
PVST cisco私有 基于vlan的生成树协议
在每个vlan内存在一棵树每个树的工作原理同802.1d一致不同vlan的BPDU区别在于优先级
优先级4096倍数vlan id 人为仅可修改4096倍数备份且只能修改为4096的整倍
仅支持 trunk干道封装为ISLcisco私有封装
PVST 在PVST的基础兼容802.1q的trunk封装且设计了部分的加速 端口加速进入层连接用户的接口 上行链路加速-针对直连检测 骨干加速—针对次优BPDU
上行链路加速仅在接入层设备上配置因为配置后该交换机将自动加大本地的网桥优先级
在直连检测条件下阻塞接口将跳过30s直接进入转发状态--上行链路加速
骨干加速所有交换机均可配置针对接收到次优BPDU的阻塞端口可以跳过20s的hold time
缺点1、收敛慢加速不彻底 2、树多仅cisco存在单独的芯片友商无法负荷
快速生成树
cisco的RSTP --- 基于vlan的快速生成树 - 一个vlan一棵树 pvst的升级
公有RSTP802.1w --- 整个交换网络一棵树 802.1d的升级
快速的原理
取消了计时器而是在一个状态工作完成后直接进入下一状态分段式同步两台设备间逐级收敛使用请求和同意标记依赖标记位的第1和第6位BPDU的保活为6shello time 2s将端口加速边缘接口、上行链路加速、骨干加速集成了兼容802.1d和PVST但802.1d和PVST没有使用标记位中的第1-6位故不能快速收敛因此如果网络中有一台设备不支持快速收敛那么其他开启快速收敛的设备也不能快速
当tcn消息出现时不需要等待根网桥的BPDU就可以刷新本地的cam表
MSTP/MST/802.1S 华为设备默认使用该协议
继承了快速生成树的基础 将多个vlan放置于一个组内基于每个组一棵生成树
不同组间的BPDU中优先级 4096倍数组号
