6、以太网交换基础实验
学习过了基础的网络实验配置，我们应该对网络实验有了简单的了解。接下来，我们继续学习交换机相关的二层技术配置，在H3C认证课程中，该系列课程为构建高性能园区网络，我们先介绍其中比较简单的部分。
6.1、生成树协议
前面介绍VLAN的时候（网络之路24：VLAN基础实验），我们提过，如果在实际网络环境中，因为接线不当等原因，可能会出现网络环路的情况。
大概像上图这样，多台设备首尾相连，此时广播报文就会在几台设备之间不断传播，在传播的同时又在生成新的报文。在这种网络中，过不了多久，网络里的流量就达到设备的性能瓶颈了，出现性能显著下降，甚至网络不可用等问题，影响正常业务报文的转发；这种情况，我们一般称之为“广播风暴”。
我们一般将交换机分为傻瓜交换机（二层交换机）和可管理交换机（三层交换机），可管理交换机大部分都可以支持STP（Spanning Tree Protocol，生成树协议），生成树协议是一种二层管理协议，它通过选择性地阻塞网络中的冗余链路来消除二层环路，同时还具备链路备份的功能。
然后我们使用HCL构造一个下图这样的网络拓扑（网络之路11：认识网络设备模拟器HCL）。
在不区分VLAN的情况下，要从PC4访问到PC6，可能的路径有以下3条：
1、PC4→SW1→GE0/1→SW2→PC6
2、PC4→SW1→GE0/4→SW2→PC6
3、PC4→SW1→GE0/2→SW3→SW2→PC6
同时我们也能明显的看到，图里面存在环路，此时STP就派上用场了。在H3C的交换机设备上，默认是全局开启了STP的，我们可以通过命令进行查看。
STP采用的协议报文是BPDU（Bridge Protocol Data Unit，桥协议数据单元），也称为配置消息，STP通过在设备之间传递BPDU来确定网络的拓扑结构，同时确定端口的角色和状态。STP的端口状态有3种，主要状态为Forwarding（该状态下的端口可以接收和发送BPDU，也转发用户流量）和Discarding（该状态下的端口可以接收和发送BPDU，但不转发用户流量），还有一种过渡状态Learning，该状态下的端口可以接收和发送BPDU，但不转发用户流量。
我们看一下SW2的端口角色和状态。
再看一下SW3的端口角色和状态。
那么此时的链路状态如下所示：
一共4条链路，SW2和SW3的互联线路不转发数据，SW1和SW2的其中一条互联线路不转发数据，虽然接口的物理状态还是UP的，但现在逻辑上已经不存在环路了。
然后我们看一下SW2上出现的3种端口角色：
1、GE1/0/1为根端口（Root Port），对应Role为ROOT，是指非根桥设备上离根桥最近的端口，用于在非根桥上负责向根桥方向转发数据。那什么是根桥呢？STP认为树形的网络结构必须有树根，于是便引入了根桥的概念，根桥会根据网络拓扑的变化实时选举改变，但是一个STP中有且只有一个根桥，其他设备则称为叶子结点。以此拓扑为例，非根桥设备SW2和SW3上有且只有一个根端口，而根桥设备SW1上没有根端口。
2、GE1/0/2为指定端口（Designated Port），对应Role为DESI，与根端口相反，指定端口负责向下游网段或设备转发数据的端口。
3、GE1/0/4为替换端口（Alternate Port），对应Role为ALTE，是根端口（STP）和主端口（MST）的备份端口。当根端口或主端口被阻塞后，替换端口将成为新的根端口或主端口。
通过命令，我们可以查看生成树端口角色计算的历史信息。
我们可以看到接口GE1/0/1的变化过程为DISA→DESI→ROOT，而GE1/0/4的变化过程为DISA→DESI→ALTE，这就说明了根桥的选举过程。
在网络初始化过程中，所有设备都视自己为根桥，生成各自的配置BPDU并周期性地向外发送，BPDU的关键信息包括根桥ID、根路径开销、指定桥ID、指定端口ID等等，通过前面的计算历史我们可以看出，这些ID基本上都由端口的优先级和MAC地址组成。缺省情况下，设备的优先级都是32768，端口的优先级都是128，所以根桥一般都是由MAC地址确定的。只要设备的生产符合规则，没有任何两台设备的MAC地址是一样的，所以MAC地址小的设备发送的BPDU优先级就会更高，在选举的第一步就会直接选举成为根桥，也就不会进入到根路径开销等选举过程。当网络拓扑稳定以后，只有根桥设备才会向外发送配置BPDU，其他设备则对其进行转发。
以SW1为例，它的根桥ID就是32768.acb6-e75e-0100，因为它是第一台创建的设备，正常来讲它的MAC地址就是最小的。同时我们可以看到BPDU的发送周期Hello Time为2秒，那我们接下来就可以测一下STP的链路备份功能了。
现在计算PC4到PC6的路径为PC4→SW1→GE0/1→SW2→PC6，那么我们在PC4上发起长ping，然后DOWN掉SW1的GE1/0/1接口，看看报文的中断情况。
一个报文都没丢，我们看一下SW2的状态变化。
从日志来看，整个切换过程一共只有5 MS。
从生成树端口角色计算的历史信息来看，接口GE1/0/1的状态DOWN掉之后，接口GE1/0/4马上切换为ROOT根端口，负责向根桥SW1方向转发数据，使得业务中断未引起明显的业务感知。
此时，网络中还存在一条冗余链路呢。
我们查看SW3的端口状态，此时GE1/0/1仍然是替换端口，PC4到PC6的路径为PC4→SW1→GE0/4→SW2→PC6。
那么我们在PC4上发起长ping，然后DOWN掉SW2的GE1/0/4接口，看看报文的中断情况。
一个报文都没丢，我们看一下SW2的状态变化。
看一下SW3的端口角色计算历史信息，SW2的接口的状态变化之后，SW3的接口GE1/0/1马上切换为DESI指定端口，负责向下游设备SW2转发数据的端口转发数据，使得业务中断未引起明显的业务感知。
通过两次测试，均没有丢包，也没有引起明显的时延跳变，说明STP的收敛速度确实很快。然后我们把两个接口都恢复，再看看生成树的状态会变成什么样。
状态也是很快就切换了，没有丢包也没有引起明显的时延跳变，SW2的端口角色和状态与之前完全一致。
SW3的端口角色和状态也与之前完全一致。只是收敛速度太快，都看不到LEARNING的状态，而且日志也没有记录，只有TC的报文，谁能给个显示状态变化日志的方法？
