思科认证之STP、RSTP、MSTP工作原理、网络通信原理及配置详解

本文讲述了思科认证之STP、RSTP、MSTP工作原理、网络通信原理及配置。分享给大家供大家参考，具体如下：

思科认证之STP、RSTP、MSTP工作原理、网络通信原理及配置详解

STP由来

最开始的网络结构简单，PC之间的互通链路只有一条单一的链路，随着网络的不断扩大，单一的链路压力也来越大，任何一个设备或链路出现问题，PC之间都会无法通信

为了避免无法通信问题，往往会在交换机之间增加冗余/备份链路来保证PC之间的通信。

数据环路导致广播风暴

每条链路都是互通的

交换机收到无法识别的数据帧后进行广播，

数据环路导致广播风暴

广播帧在交换机之间一直循环下去，从而消耗系统资源，降低传输质量

广播帧的不断增多，还会导致设备宕机重启

STP概述

STP-Spanning Tree Protocol（生成树协议）

逻辑上断开环路，防止广播风暴的产生。即阻塞某些接口，破除环路

当主线路故障，阻塞接口被激活；主线路恢复，备份线路再次阻塞

实现物理线路备份

实现逻辑无环

STP工作原理

步骤一：确定交换机角色

根交换机

非根交换机

步骤二：确定端口角色

根端口

非根端口

非指定端口

步骤三：确定端口状态

禁用：接口没有启动STP，或者接口处于关闭状态

侦听：正在比较STP报文，确定交换机和端口角色

学习：正在学MAC地址表、

转发：可以正常接收和发送数据包

阻塞：阻塞端口，不能转发用户数剧包

确定交换机角色

网桥ID
STP协议为交换机取得名字，用于在交换网络中唯一标识该设备
通过比较每个交换机的BID，来选举根交换机：BID越小越好

根据网桥ID，选择根交换机

确定端口角色

选举根端口：每一个非根交换机上，有且只有一个，距离根交换机最近的端口

确定指定端口：每一个链路上，有且只有一个，距离根交换机最近的端口

最后确定非指定端口：除了根端口和指定端口，剩余所有端口都是非指定端口

端口角色选举规则
首线比较端口到根交换机的开销，越小越好
开销一样，比较端口坐在交换机的BID，越小越好
若BID一样，比较端口的PID，越小越好

选举根端口

选举指定端口

在每个网段上，选择一个指定端口

距离根网桥的路径成本开销较小

网桥ID较小

根交换机上的端口全是指定端口

选取非指定端口
最后剩下德端口，被阻塞

生成树算法结果

最终形成数据‘转发路径’：

被阻塞的链路，作为备份链路

归纳STP工作原理：

选择根网桥

网桥ID最小

选择根端口（非根网桥）
-此端口到大根网桥路径成本最低

选择指定端口

根网桥上所有端口都是指定端口

此端口所在交换机到达根网桥成本最低

地端口所在交换机网桥ID最小

STP协议通信报文-----BPDU

Bridge Protocol Data Unit–桥协议数据单元 ，STP协议的报文

通过这种报文，STP协议实现了自己所有的功能

BPDU类型

配置BPDU

拓扑变更通知

BPDU选择根网桥

当交换机启动时，会假定自己是根网桥，在向外发送的BPDU中根网桥ID字段填写自己的网桥ID ，当接收到其它交换机发出的BPDU后，比较网桥ID，选择较小的的添加到根网桥ID中。当全网所有的交换机收到全部的BPDU并做比价后，就可以选择出唯一的一个根网桥

STP端口的五种状态

禁用（DIsabled）：强制关闭，没有启用STP协议

阻塞（Blocking）：只接受BPDU，不能发送BPDU

帧听（Listening）：比较BPDU，确定交换机端口和角色

学习（Learning）：基于端口上收到的数据帧，学习MAC地址表

转发（Forwarding）：端口的最终完美状态，发送和接收用户数据

STP的三种计时器，用于维护STP转发路径以及恢复STP故障链路
Hello时间：一个端口上发送BPDU的时间间隔，默认为2S
转发延时（Forward delay）：端口在转发和学习状态，分别停留的时间
最大老化时间（Max age）：一个端口最大的没有转发BPDU的时间

STP配置命令

默认情况下交换记得STP功能处于开启状态

[Huawei]stp  { enable  | disable }     //开启或关闭STP功能
[Huawei]stp mode  { stp | rstp | mstp }

修改交换机的STP优先级,默认值为32768步长为4096

[Huawei]stp priority 4096

修改端口的 STP cost ,在端口开启/关闭STP功能

[Huawei]interface g0/0/1
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]stp cost 100
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]stp {enable | disable}

配置优先级，优先级低的为根交换机，LSW1由非根交换机变为根交换机
根交换机的接口全为指定接口。

RSTP概述

STP存在许多弊端

收敛时间慢：30s-50s

设备利用率低

RSTP，即Rapid STP，快速生成树协议，在STP的基础上优化而来
RSTP相对于STP优化的部分

STP和RSTP存在的弊端
当设备上运行了STP/RSTP，阻塞一个端口，意味着所有的VLAN都不能通过这个阻塞端口转发信息—导致阻塞端口的线路一直空闲，降低设备的使用率

MSTP多实例生成树协议

端口状态：
discarding丢弃，相当于STP中的禁用、侦听、阻塞、不转发用户数据
Learning学习，类比STP中学习状态
Forwarding转发，类比STP中转发状态

MSTP案例

1、配置PC机IP地址
2、创建VLAN
每台叫换机都要配置VLAN 10 20

<Huawei>u t m
Info: Current terminal monitor is off.
<Huawei>system-view 
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.
[Huawei]sysname SW2
[SW2]VLAN  batch  10 20 
Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.
[SW2]

配置Trunk和Access
交换机与交换机之间使用trunk，PC机与交换机使用access

交换机SW1
[SW1]port-group group-member g0/0/1 g0/0/2
[SW1-port-group]port link-type trunk 
[SW1-port-group]port trunk allow-pass vlan all 
[SW1-port-group]
交换机SW2
[SW1]port-group group-member g0/0/1 g0/0/2
[SW1-port-group]port link-type trunk 
[SW1-port-group]port trunk allow-pass vlan all 
[SW1-port-group]
交换机3
......
交换机4
......

将对应接口加入到VLAN中

SW1:
interface GigabitEthernet0/0/10
port link-type access
port default vlan 10
SW2:
interface GigabitEthernet0/0/10
port link-type access
port default vlan 10
SW2:
interface GigabitEthernet0/0/10
port link-type access
port default vlan 20
SW2:
interface GigabitEthernet0/0/10
port link-type access
port default vlan 20

MSTP配置：所有交换机一致

stp region-configuration  //进入MSTP 域配
region-name A1   //配置域名A1-一个区域的交换机域名要一致
instance 1 vlan 10   //将vlan10 加入到实例1 （组1）
instance 2 vlan 20   //将vlan20 加入到实例2（组2）
active region-configuration //激活域配

实例的根网桥配置

[SW1]dis stp region-configuration //查看 实例信息 

SW2
[sw2]stp instance 1 priority 4096  //指定实例1 的根 在SW2上 
[SW2]dis stp instance 1 brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   1    GigabitEthernet0/0/1        DESI  FORWARDING      NONE
   1    GigabitEthernet0/0/2        DESI  FORWARDING      NONE
   1    GigabitEthernet0/0/10       DESI  FORWARDING      NONE
[SW2]
SW3
[sw3]stp instance 2 priority 4096  //指定实例2 的根 在SW3上 
[SW3]dis stp instance 2 brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   2    GigabitEthernet0/0/1        DESI  FORWARDING      NONE
   2    GigabitEthernet0/0/2        DESI  FORWARDING      NONE
   2    GigabitEthernet0/0/10       DESI  LEARNING        NONE
[SW3]

对于实例1：

对于实例2：

 以上就是思科认证之STP、RSTP、MSTP工作原理、网络通信原理及配置的全部介绍，希望对大家有所帮助！