二层环路带来的问题

1、广播风暴：交换机CPU利用率飙升

2、MAC地址飘逸：每一次MAC地址表都会变化

单点故障解决方案之STP

STP-生成树协议，无环路

STP是一个用于局域网中消除环路的协议

基本概念 ：根桥，Cost开销，RPC根路径开销，BPDU

STP生成树协议

生成树概述：

1、STP是一个用于局域网中消除环路的协议

2、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，并对某些接口进行阻塞以消除环路

3、STP在网络中运行后会持续监控网络的状态，当网络出现拓扑变更时，STP能够进行感知并可以制动响应，从而使网络状态适应新的拓扑结构，保证网络的可靠性

4、由于局域网规模的不断增长，生成树协议成为了当前最重要的局域网协议之一

STP生成树的作用

生成树能动态响应网络拓扑变化调整阻塞接口

生成树既可以做到防止二层交换机的环路，又可以做到提高网络的冗余性

基本概念 ：

根桥，Cost开销，RPC根路径开销，BPDU

根桥

1、根桥是一个STP交换网络中的树根

2、STP开始工作以后，会在交换网络中选举一个根桥，根桥是生成树进行拓扑计算的重要“参考点”，是STP计算得出的无环拓扑的树根

3、在STP网络中，桥ID最小的设备会被选举为根桥

在BID的比较过程中，首先比较桥优先级，优先级的值越小，则越优先，拥有最小优先级值的交换机会 成为根桥；如果优先级相等在比较MAC地址，拥有最小MAC地址的交换机会成为根桥。

STP的计算过程

1、选举根桥

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、选举根接口

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、选举指定接口

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。 

4、阻塞非指定接口

剩下的就是阻塞接口

一旦根桥、根端口和指定端口选举成功，整个树形拓扑就建立完毕了。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。下面结合例子说明STP算法实现的具体过程。

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。

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

4.（可选）配置根桥和备份根桥

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a.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。

b.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。

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

7.缺省情况下，交换设备的优先级取值为32768。其值的步长为4096，如0、4096、8192等。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。

8.（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。

9.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。

10.（可选）配置端口路径开销值及优先级

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a.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。

b.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。

c.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。

d.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。

e.执行命令quit，退回系统视图。

12.执行命令stp enable，使能交换设备的STP功能。

13.执行命令commit，提交配置。

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。

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

STP的典型应用

在一个复杂的网络中，网络规划者由于冗余备份的需要，一般都倾向于在设备之间部署多条物理链路，其中一条作主用链路，其他链路作备份。这样就难免会形成环形网络，若网络中存在环路，可能会引起广播风暴和MAC表项被破坏。

在网络中部署STP协议，通过彼此交互信息发现网络中的环路，并有选择的对某个端口进行阻塞，最终将环形网络结构修剪成无环路的树形网络结构，从而防止报文在环形网络中不断增生和无限循环，避免设备由于重复接收相同的报文造成处理能力下降。

STP vs RSTP vs MSTP

STP包含两种含义：

狭义的STP是指IEEE 802.1D中定义的STP协议。

广义的STP包括IEEE 802.1D中定义的STP、IEEE 802.1W中定义的快速生成树协议RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol）和IEEE 802.1S中定义的多生成树协议MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol）。

目前，生成树协议支持如下：

STP是基础的数据链路层的管理协议，用于二层网络的环路检测和预防。但是，STP拓扑收敛速度慢。

RSTP在STP基础上进行了改进，实现了网络拓扑快速收敛。但RSTP和STP还存在同一个缺陷：局域网内所有的VLAN共享一棵生成树，不能按VLAN阻塞冗余链路，所有VLAN的报文都沿着一棵生成树进行转发。

MSTP通过设置VLAN映射表（即VLAN和生成树实例的对应关系表），把VLAN和生成树实例联系起来。同时它把一个交换网络划分成多个域，每个域内形成多棵生成树实例，生成树实例之间彼此独立。MSTP提供了数据转发的多个冗余路径，在数据转发过程中实现VLAN数据的负载均衡。

生成树协议中，MSTP兼容RSTP、STP，RSTP兼容STP。三种生成树协议的比较