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什么是STP

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什么是STP

什么是STP

简介

STP(Spanning Tree Protocol)是运行在交换机上的二层破环协议,环路会导致广播风暴、MAC地址表震荡等后果,STP的主要目的就是确保在网络中存在冗余路径时,不会产生环路。

STP是数通的基本特性,交换机、路由器、WLAN等产品均支持配置STP。本章节以华为CloudEngine系列交换机为例进行介绍。

了解STP

STP是一个用于局域网中消除环路的协议,它的标准是IEEE 802.1D。运行该协议的设备通过彼此交互信息而发现网络中的环路,STP将部分冗余链路强制为阻塞状态,其他链路处于转发状态。当处于转发状态的链路不可用时,STP重新配置网络,并激活合适的备用链路状态。

由于局域网规模的不断增长,生成树协议已经成为当前最重要的局域网协议之一。

三要素选举

从环形网络拓扑结构到树形结构,总体来说有三个要素:根桥、根端口和指定端口。

  • 根桥:对于一个STP网络,根桥在全网中只有一个,它是整个网络的逻辑中心,但不一定是物理中心。在进行根桥的选择时,一般会选择性能高、网络层次高的交换设备作为根桥。根桥会根据网络拓扑的变化而动态变化。在配置STP过程中,建议手动配置根桥和备份根桥。请配置最核心的交换设备为根桥,以保证STP二层网络的稳定性,否则新接入设备可能会触发STP根切换,从而导致业务短暂中断。
  • 根端口:去往根桥路径开销最小的端口,根端口负责向根桥方向转发数据,这个端口的选择标准是依据路径开销判定。在一台设备上所有使能STP的端口中,根路径开销最小者,就是根端口。很显然,在一个运行STP协议的设备上根端口有且只有一个,根桥上没有根端口。
  • 指定端口:指定桥向本设备转发配置消息(BPDU报文)的端口或者指定桥向本网段转发配置消息的端口,如图1所示:

    AP1、AP2、BP1、BP2、CP1、CP2分别表示设备S1、S2、S3的端口。

    • S1通过端口AP1向S2转发配置消息,则S2的指定桥就是S1,指定端口就是S1的端口AP1。

    • 与局域网LAN相连的有两台设备:S2和S3,如果S2负责向LAN转发配置消息,则LAN的指定桥就是S2,指定端口就是S2的BP2。
      图1-1 指定桥与指定端口示意图

此外,交换设备和端口都有ID,分别是桥ID(BID)和端口ID(PID)。端口ID由端口优先级和端口号组成。桥ID由桥优先级和桥MAC两部分组成,在STP网络中,桥ID最小的设备会被选举为根桥。

一旦根桥、根端口、指定端口选举成功,则整个树形拓扑建立完毕。在拓扑稳定后,只有根端口和指定端口转发流量,其他的非根、非指定端口都处于阻塞(Blocking)状态,它们只接收STP协议报文而不转发用户流量。

STP报文格式

上述桥ID、路径开销和端口ID等信息都是通过BPDU协议报文传输的。BPDU报文被封装在以太网数据帧中,目的MAC是组播MAC:01-80-C2-00-00-00,Length/Type字段为MAC数据长度,后面是LLC头,LLC之后是BPDU报文头。以太网数据帧格式如图2所示。

图1-2 以太网数据帧格式

在初始化过程中,每个桥都主动发送配置BPDU。但在网络拓扑稳定以后,只有根桥主动发送配置BPDU,其他桥在收到上游传来的配置BPDU后,才触发发送自己的配置BPDU。配置BPDU的长度至少要35个字节,包含了桥ID、路径开销和端口ID等参数,即{根桥ID,累计根路径开销,发送者BID,发送端口PID}。只有当发送者的BID或端口的PID两个字段中至少有一个和本桥接收端口不同,BPDU报文才会被处理,否则丢弃。这样避免了处理和本端口信息一致的BPDU报文。

STP实现过程

STP的树形结构实现过程如下:

  1. 网络初始化时,网络中所有的STP设备都认为自己是“根桥”,根桥ID为自身的设备ID。通过交换BPDU消息,设备之间比较根桥ID,网络中根桥ID最小的设备被选为根桥。根桥上的所有端口都是转发状态。

  2. 非根桥设备将接收最优配置消息的那个端口定为根端口,根端口也是处于转发状态。
  3. 设备根据根端口的配置消息和根端口的路径开销,为每个端口计算一个指定端口配置消息,然后将计算出的配置消息与角色待定端口自己的配置消息进行比较:
    • 如果计算出的配置消息更优,则该端口被确定为指定端口,其配置消息也被计算出的配置消息替换,并周期性地向外发送;

    • 如果该端口自己的配置消息更优,则不更新该端口的配置消息并将该端口阻塞。该端口将不再转发数据,且只接收不发送配置消息。

配置STP

说明:

有关本章节中配置和命令的详细信息请参见CloudEngine 8800, 7800, 6800, 5800 V200R005C10 配置指南-以太网交换

启动STP

  1. 执行命令system-view,进入系统视图。
  2. 执行命令stp mode stp,配置交换设备的STP模式。

    缺省情况下,交换机运行MSTP模式,MSTP模式兼容STP和RSTP模式。

  3. (可选)配置根桥和备份根桥

    • 在欲配置为根桥的设备上执行命令:stp root primary,配置当前设备为根桥设备。
    • 在欲配置为备份根桥的设备上执行命令:stp root secondary,配置当前设备为备份根桥设备。

  4. (可选)执行命令stp priority priority,配置交换设备在系统中的优先级。

    缺省情况下,交换设备的优先级取值为32768。数值越小,优先级越高,成为根桥的可能性越大。对于网络中部分性能低、网络层次低的交换设备,不适合作为根桥设备,一般会配置其低优先级以保证该设备不会成为根桥。

  5. (可选)执行命令stp pathcost-standard { dot1d-1998 | dot1t | legacy },配置端口路径开销计算方法。

    缺省情况下,路径开销值的计算方法为IEEE 802.1t(dot1t)标准方法。同一网络内所有交换设备的端口路径开销应使用相同的计算方法。

  6. (可选)配置端口路径开销值及优先级

    1. 执行命令interface interface-type interface-number,进入参与生成树协议计算的接口视图。
    2. 执行命令stp cost cost,设置当前端口的路径开销值。

      存在环路的网络环境中,对于链路速率值相对较小的端口,建议将其路径开销值配置相对较大,以使其在生成树算法中被选举成为阻塞端口,阻塞其所在链路。

    3. 执行命令stp port priority priority,配置端口的优先级。

      缺省情况下,交换设备端口的优先级取值是128。

      如果希望将某交换设备的端口阻塞从而破除环路,则可将其端口优先级设置比缺省值大,使得在选举过程中成为被阻塞的端口。

    4. 执行命令quit,退回系统视图。

  7. 执行命令stp enable,使能交换设备的STP功能。
  8. 执行命令commit,提交配置。

STP其他配置

如果您想了解STP的其他配置及RSTP的配置,如网络直径、超时时间、定时器、边缘端口等,请参见CloudEngine 8800, 7800, 6800, 5800 V200R005C10 配置指南-以太网交换中的“STP/RSTP配置”。

配置STP示例

以下图的组网环境为例,介绍STP的配置步骤、查看配置结果。

图1-3 配置STP功能组网图
  1. 在SwitchA上配置生成树协议为STP模式,配置SwitchA为根桥,路径开销计算方法为华为私有计算方法。
    <SwitchA> system-view
    [~SwitchA] stp mode stp
    [*SwitchA] stp root primary
    [*SwitchA] stp pathcost-standard legacy
    [*SwitchA] commit
  2. 在SwitchB上配置生成树协议为STP模式,配置SwitchB为备份根桥,路径开销计算方法为华为私有计算方法,并关闭与Server2相连端口的STP功能。
    <SwitchB> system-view
    [~SwitchB] stp mode stp
    [*SwitchB] stp root secondary
    [*SwitchB] stp pathcost-standard legacy
    [*SwitchB] interface 10ge 1/0/2
    [*SwitchB-10GE1/0/2] stp disable
    [*SwitchB-10GE1/0/2] commit
  3. 在SwitchC上配置生成树协议为STP模式,路径开销计算方法为华为私有计算方法,接口10GE1/0/1的路径开销值为20000,并关闭与Server1相连端口的STP功能。
    <SwitchC> system-view
    [~SwitchC] stp mode stp
    [*SwitchC] stp pathcost-standard legacy
    [*SwitchC] interface 10ge 1/0/1
    [*SwitchC-10GE1/0/1] stp cost 20000
    [*SwitchC-10GE1/0/1] quit
    [*SwitchC] interface 10ge 1/0/2
    [*SwitchC-10GE1/0/2] stp disable
    [*SwitchC-10GE1/0/2] commit
  4. 在SwitchD上配置生成树协议为STP模式,路径开销计算方法为华为私有计算方法。
    <SwitchD> system-view
    [~SwitchD] stp mode stp
    [*SwitchD] stp pathcost-standard legacy
    [*SwitchD] commit
  5. 环网中所有设备均使能STP。以SwitchA为例,在SwitchB、SwitchC和SwitchD上执行相同的操作。
    [~SwitchA] stp enable
    [*SwitchA] commit
  6. 验证配置结果。待网络稳定后,可以执行display stp brief查看端口角色和端口状态等信息,以SwitchA为例:
    [~SwitchA] display stp brief
     MSTID  Port                        Role  STP State    Protection      Cost    Edged
         0  10GE1/0/1                   DESI  forwarding    none              2     disable
         0  10GE1/0/2                   DESI  forwarding    none              2     disable
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更新时间:2019-07-01

文档编号:EDOC1100087026

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