10 标准生成树STP（根设备调整）

STP的应用场景
生成树永远跟接口MAC无关；生成树的弱点是太依赖时间
交换机之间通过多条链路互连时，虽然能够提升网络可靠性，但同时也会带来2层环路问题且以太帧不具备防环机制，导致广播风暴、MAC地址表震荡、重复帧拷贝，而STP就是在有冗余的交换网络下避免环路。

广播风暴：根据交换机的转发原则，如果交换机从一个端口接收到的是一个广播帧，或者是一个目的mac地址未知的单播帧，则会将这个帧向除源端口之外的所有其他端口转发，如果交换网络中有环路，则这个帧会被无限转发，导致广播风暴，网络中充斥着重复的数据帧。
Mac地址表震荡：一个Mac地址在某一时刻只能从一个端口学习到，那么环路会导致mac地址表震荡，即一个Mac地址在短时间内在不同的接口间切换。

主要作用
消除环路：在逻辑上而非物理上，通过**阻断（华为Discarding；思科Block）**冗余链路来消除网络中可能存在的环路。
链路备份：当活动路径发生故障时，激活备份链路，及时恢复网络的连通性。
工作原理
3.1 三大原则：交换网络有且只有一个根交换机；每个非根设备上有且只有一个根端口；每个链路上有且只有一个指定端口
3.2 解释：
交换网络选举一个根桥（皇帝RB）；
每个非根交换机选举一个根端口（太守RP，接收皇帝的命令，角色为ROOT，状态为转发Forwarding）；
每个链路上选举一个指定端口（钦差DP，转达皇帝的命令，角色为DESI，状态为转发Forwarding）；
阻塞非根、非指定端口（AP庶民，物理上工作逻辑上阻塞，角色为ALTE，状态为转发Discarding）；
BPDU桥接信息单元（圣旨，发送2s/次）。
3.3 **理解：**有根端口的一定不是根桥（即没有根端口的一定是根桥），其根端口的对端设备可能为根桥
STP选举
STP在常规设备上默认开启。
**配置BPDU包含以下重要信息：**根桥ID（RootID）；根路径开销（RootPathCost）；指定桥ID（DesignatedBridgeID）；指定端口ID（DesignatedPortID）。
每台设备的各个端口在初始时生成以自己为根桥（RB）的配置消息，向外发送自己的配置信息（起初都认为自己是皇帝）。网桥收敛后，根桥向外发送配置BPDU，其他的设备对该配置BPDU进行转发。
4.1 根设备（RB）选举

BridgeID（桥ID，BID，查看思科：show spanning-tree vlan 8；华为：dis stp）由两部分组成：优先级（默认32768）和交换机的MAC（不是接口Mac，而是背板Mac思科：show spanning-tree bridge id；华为：dis stp的第一行CIST Bridge的值）
**选举规则：**优先级值最小的---->Mac最小的
从管理角度一定是修改优先级去左右根的选举，根设备一般在核心交换机上，必须修改优先级去控制。最常见的实施是互为主备，即sw1为vlan8\10\11的RB和vlan1\9\12\99的BackupRB，sw2为vlan8\10\11的RB和vlan1\9\12\99的BackupRB。修改优先级思科：spanning-tree vlan 8,10,11 priority 4096；华为：stp priority 4096（华为只能针对所有vlan设置，不能针对某一部分vlan），优先级的值只能为4096的倍数，0为最高优先级（一般只有RB设为0，BackupRB设置为4096）。
4.2 根端口（RP）选举
PortID（端口ID，PID，由端口优先级(默认128)和序号组成）
RPC(RootPathCost，到根桥的开销，Dot1q标准下的PortCost默认为20000)
**选举规则：**RPC最小的---->对端的桥ID最小的---->对端的端口ID最小的---->本端的端口序号最小的
修改端口的开销（cost）值思科：spanning-tree vlan 8 cost 10；修改端口的优先级思科：int e1/3 spanning-tree vlan 10 port-priority 64 (只能是64的倍数，0\64\128\192)
举例
- 通过比较"对端的桥ID"，选择交换机的"接口1"为根端口
- 通过比较"对端的端口ID"，选择交换机X的"接口3"为根端口
  ![通过比较"对端的端口ID"，选择交换机X的"接口3"为根端口]
- 多规则使用
  SWB的接口2：规则3，对端的端口ID
  SWC的接口1：规则1，RPC
  SWD的接口5：规则2，对端的桥ID
  SWE的接口1：规则4，本端的端口序号
  
  4.3 指定端口选举
**选举规则：**RPC最小的---->本端的桥ID最小的---->本端的端口ID最小的(除非交换机的两个接口相连，否则一般不到这一步)

STP的模式
升级过程：802.1D--->802.1w--->802.1s
思科和华为设备对接需要使用MSTP。华为默认模式为MSTP，修改为STPstp mode stp；思科设备默认为pvst，修改为pvstspanning-tree mode pvst。现实工作中建议使用mstp。

补充：华为设备还有两种模式：VBST（每个vlan的stp，一般华为交换机即可见到）、V-STP(虚拟stp，数据中心的CE交换机上可见)
标准STP的5个端口状态
6.1 标准STP的5个端口状态

Disabled，禁用状态，即不处理和转发BPDU，也不转发用户流量
Blocking（Discarding），阻塞状态，仅仅接收和处理BPDU，不转发BPDU，也不转发用户流量，此状态是预备端口的最终状态
Listening，侦听状态，转发BPDU报文，不转发用户流量
Learning，学习状态，根据收到的用户流量构建MAC地址表，不转发用户流量，此状态是为了防止临时环路
Forwarding，转发状态，即可转发用户流量，也可转发BPDU报文，只有根端口或者指定端口才能进入此状态
6.2 5个端口状态的转换

STP的时间
HelloTime=2s，BPDU的发送间隔
MaxAge=20s，最大生存时间，即BPDU失效的时间
ForwardDelay=15s，转发时延，端口状态转换的时间间隔
边缘端口
与终端相连的端口（access或者trunk）不需要参与生成树的计算，这些端口参与计算会影响网络拓扑收敛的速度（转发时延，即直接跳过端口状态Listening和Learning，直达Forwarding），而且这些端口的状态改变也可能引起网络的震荡，导致用户流量中断。
思科配置边缘端口：spanning-tree portfast edge default，把所有access接口配置为边缘端口
华为配置边缘端口：stp edged-port default，把所有接口配置为边缘端口。如果对端连接的是交换机，不建议配置边缘端口。最常用是将接口配置边缘端口stp edged-port enable（接口视图中配置）
BPDU保护
边缘端口收到BPDU报文之后会失去其边缘端口属性。为防止攻击者仿造BPDU报文导致边缘端口属性变成非边缘端口，或者保护STP的边界，可配置交换设备的BPDU保护功能。
配置BPDU保护功能之后，如果边缘端口收到BPDU报文，边缘端口就会被error-down，边缘端口属性不变。
思科：
全局配置spanning-tree bpduguard enable
和思科全局的边缘端口联动（仅仅作用于边缘端口）spanning-tree portfast edge bpduguard default
接口配置（接口实施BPDU保护，改接口无所谓是否为边缘端口，都会shutdown失效）spanning-tree portfast edge trunk(配成边缘端口)-->spanning-tree bpduguard enable
在思科的接口下配置BPDU保护，该接口可以不是边缘端口
华为：
只有全局配置（只针对边缘端口生效，只要边缘端口收到BPDU就会关闭）stp bpdu-protection
STP优化

调整STP的模式
调整STP的根
配置边缘端口（端口快速，节省30s时间，根据实际情况配置全局或者单独的接口）
配置BPDU保护

# ..............................................演示环路导致的广播风暴
# sw1
int g0/0/5
port link-type trunk
port trunk allow-pass vlan all
int g0/0/1
port default vlan 8
port trunk allow-pass vlan all
undo stp  enable # 关闭生成树

# sw2
int g0/0/5
port link-type trunk
port trunk allow-pass vlan all
vlan batch 8 to 12 99
undo stp  enable

# sw3
int g0/0/1 
undo shutdown
undo stp  enable

# R1
dis arp # 查看arp表
reset arp all # 清空arp表，开始抓包
ping 10.1.10.1

# sw1,sw2，sw3
stp enable # 开启生成树，恢复生产环境

# .................................................华为交换机上STP的实施和优化
# 1.调整STP的模式；2.调整STP的根；3.配置边缘端口（端口快速）；4.配置BPDU保护
# ！！！！思科建议使用全局的边缘端口和全局的BPDU保护
# ！！！！华为实施全局边缘端口之后，需要将trunk端口将全局边缘端口中去除，然后实施全局的BPDU保护
# sw1\2\3上STP模式的修改
stp mode stp
# 调整优先级，将sw1作为RB，sw2作为备份RB
# sw1
stp priority 0
# sw2 
stp priority 4096
# 查看接口优先级
display stp int g0/0/1 # 查看变量Port Priority的值
# sw3配置边缘端口
# stp edged-port default #全局开启边缘端口
# undo stp edged-port default
int g0/0/10
stp edged-port enable
int g0/0/11
stp edged-port enable
int g0/0/12
stp edged-port enable
 # 查看是否为边缘端口
dis stp int g0/0/10 # 查看变量Port Edged的值，如果Active=enabled则为边缘端口
# sw3配置全局的BPDU保护
stp bpdu-protection
# sw3的接口3和1配置为非边缘端口，即将trunk从全局的边缘端口去除
int g0/0/3
stp edged-port disable
shutdown
undo shutdown
int g0/0/1
stp edged-port disable
shutdown
undo shutdown

两个直连的路由器无法通信，如何排除故障？

由下至上：

**1. 检查物理层：**比如接口指示灯是否闪亮，检查光纤是否工作或者网线是否正常（目测法）。如果有故障，可以使用替换法解决；否则进行下一步。
**2. 检查数据链路层：**通过sh int xx或者dis int xx，查看2层协议是否工作，以及封装协议是否一致（比如ppp、hdlc等）。如果协议上和管理上都是工作的，进行下一步。
**3. 检查网络层：**通过IP验证是否为同一子网。假设是同一子网，要特别关心ARP（IP和Mac的对应），如果没有ARP，关心路由器之间是否有交换机进行联通，如果有交换机则需要查看交换机的STP状态、交换机Mac地址表等等。

10 标准生成树STP（根设备调整）

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