NA西遊第二難：STP學習

原創 元嬰期 2019-11-01 12:59

STP

原理概述

STP是用來避免數據鏈路層出現邏輯環路的協議，運行STP協議的設備通過交互信息發現環路，並通過阻塞特定端口，最終將網絡結構修剪成無環路的樹形結構。在網絡出現故障的時候，STP能快速發現鏈路故障，並儘快找出另外一條路徑進行數據傳輸。
交換機上運行的STP通過BPDU信息的交互，選舉根交換機，然後每臺非根交換機選擇用來與根交換機通信的根端口，之後每個網段選擇用來轉發數據至根交換機的指定端口，最後剩餘端口則被阻塞。

拓撲：

NA西遊第二難：STP學習

基本配置

S1到S4都將默認的MSTP更改爲STP

stp enable
stp mode stp

30秒後查看s1的生成樹狀態
查看詳細狀態

display stp

查看摘要信息

[s1]display stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               ALTE  DISCARDING      NONE
[s2]display stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               DESI  FORWARDING      NONE
[s3]display stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/10              DESI  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/11              DESI  FORWARDING      NONE
[s4]display stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               ALTE  DISCARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE

由以上可知
S1的Ethernet0/0/1爲根端口，轉發狀態；Ethernet0/0/2爲替代端口，丟棄狀態
S2的所有端口都是指定端口，轉發狀態；可以判斷S2爲根交換機
S3的Ethernet0/0/3爲根端口，其餘端口爲指定端口；都是轉發狀態
S4的Ethernet0/0/2爲根端口，轉發狀態；Ethernet0/0/1爲替代端口，丟棄狀態

查看s2根交換機的stp詳細信息

[s2]dis stp
-------[CIST Global Info][Mode STP]-------
CIST Bridge         :32768.4c1f-cc29-7f53
Config Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
Active Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
CIST Root/ERPC      :32768.4c1f-cc29-7f53 / 0
CIST RegRoot/IRPC   :32768.4c1f-cc29-7f53 / 0
CIST RootPortId     :0.0
BPDU-Protection     :Disabled
TC or TCN received  :18
TC count per hello  :0
STP Converge Mode   :Normal 
Time since last TC  :0 days 0h:4m:29s
Number of TC        :19
Last TC occurred    :Ethernet0/0/3

Ps：CIST Root/ERPC 與 CIST Bridge相同，說明s2爲根交換機；32768.4c1f-cc29-7f53中32768爲交換機默認的優先級，後面的爲交換機MAC地址

STP運算過程

比較每臺交換機的ID選舉根交換機，交換機ID由交換機優先級和MAC地址組成
1、比較交換機優先級，數值最低的爲根交換機
2、優先級一致，則比較MAC地址，數值最低的爲根交換機。

手動配置根交換機

修改交換機優先級
設置根交換機優先級爲0，備份根交換機優先級爲4096

[s1]stp priority 0
[s2]stp priority 4096

或者

[s1]undo stp priority
[s1]stp root primary 
[s2]undo stp priority
[s2]stp root secondary 

查看s1s2的狀態信息

[s1]dis stp
-------[CIST Global Info][Mode STP]-------
CIST Bridge         :0    .4c1f-cce4-0451
Config Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
Active Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
CIST Root/ERPC      :0    .4c1f-cce4-0451 / 0
CIST RegRoot/IRPC   :0    .4c1f-cce4-0451 / 0
[s2]dis stp
-------[CIST Global Info][Mode STP]-------
CIST Bridge         :4096 .4c1f-cc29-7f53
Config Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
Active Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
CIST Root/ERPC      :0    .4c1f-cce4-0451 / 200000
CIST RegRoot/IRPC   :4096 .4c1f-cc29-7f53 / 0

由以上可知
CIST Root/ERPC：根交換機s1優先級爲0，mac爲4c1f-cce4-0451
CIST RegRoot/IRPC：備份根交換機s2優先級爲4096，mac爲4c1f-cc29-7f53

非根交換機上選舉根端口

1、每個端口到達根交換機的根路徑開銷，路徑開銷最小的端口爲根端口
2、如果根路徑開銷值相同，則比較每個端口所在鏈路上行交換機ID值
3、如果上行交換機ID相同，則比較每個端口所在鏈路上行端口ID值

手動配置端口開銷值
查看s4交換機根端口以及開銷值

[s4]dis stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               ALTE  DISCARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               ROOT  FORWARDING      NONE
[s4]dis stp
----[Port1(Ethernet0/0/1)][DISCARDING]----
 Port Protocol       :Enabled
 Port Role           :Alternate Port
 Port Priority       :128
 Port Cost(Dot1T )   :Config=auto / Active=200000
----[Port2(Ethernet0/0/2)][FORWARDING]----
 Port Protocol       :Enabled
 Port Role           :Root Port
 Port Priority       :128
 Port Cost(Dot1T )   :Config=auto / Active=200000

兩個端口的active（實際使用的開銷值）都爲200000，設置根端口的開銷值小於200000，即可

配置s4上根端口開銷值

[s4]interface Eth0/0/1
[s4-Ethernet0/0/1]stp cost 2000

再次查看s4交換機根端口

[s4]dis stp
----[Port1(Ethernet0/0/1)][FORWARDING]----
 Port Protocol       :Enabled
 Port Role           :Root Port
 Port Priority       :128
 Port Cost(Dot1T )   :Config=2000 / Active=2000
----[Port2(Ethernet0/0/2)][DISCARDING]----
 Port Protocol       :Enabled
 Port Role           :Alternate Port
 Port Priority       :128
 Port Cost(Dot1T )   :Config=auto / Active=200000

目前根端口爲Ethernet0/0/1口，開銷值爲2000

每個網段選舉指定端口
1、比較兩個端口發送與接收BPDU中的根路徑開銷，小的成爲指定端口
2、如果相同，比較端口發送與接收BPDU中的網橋ID，小的成爲指定端口
3、如果相同，比較網橋MAC地址，小的成爲指定端口

Ps：修改端口開銷值來選舉指定端口，修改方法同選舉根端口

配置STP定時器

普通的stp不能實現快速的拓撲收斂，但定時器通過配置合適的系統參數，可以使stp實現最快的拓撲收斂。
定時器有三種：
hello time定時器，BPDU多久發送一次hello，默認2秒
max age定時器，BPDU的最大老化時間，默認20秒
forword delay定時器，轉發延遲時間；接口從Discarding狀態，經過 過渡狀態，最終到Forwording狀態所用時間，默認15秒
交換機自動根據網絡直徑計算出hello time，max age和forword delay三個時間參數的最優值，默認網絡直徑爲7

示例：
NA西遊第二難：STP學習

配置STP定時器，並配置s1爲根交換機，s2爲備份根交換機

[s1]stp mode stp
[s1]stp root primary 
[s2]stp mode stp
[s2]stp root secondary 
[s3]stp mode stp
[s4]stp mode stp

查看各定時器默認值

[s1]display stp
-------[CIST Global Info][Mode STP]-------
CIST Bridge         :0    .4c1f-cc9a-76a3
Config Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
Active Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20

Config Times：標識當前設備配置的計時器
Active Times：標識正在生效的計時器

在根交換機設置FwDly時間爲2000cs，默認是1500cs，cs是百分之一秒

stp timerforward-delay 2000

一般不建議直接修改這三個計時器的數值，而是配置網絡直徑讓交換機自行計算
在根交換機配置網絡直徑爲3

stp bridge-diameter 3

再次查看計時器信息

<s1>display stp
-------[CIST Global Info][Mode STP]-------
CIST Bridge         :0    .4c1f-cc9a-76a3
Config Times        :Hello 2s MaxAge 12s FwDly 9s MaxHop 20
Active Times        :Hello 2s MaxAge 12s FwDly 9s MaxHop 20

RSTP

RSTP（快速生成樹協議）基於STP協議，在STP協議的端口狀態和端口角色進行了細緻區分，使收斂速度有很大提升。

RSTP與STP的比較

NA西遊第二難：STP學習

RSTP的快速收斂機制

• Proposal/Agreement機制
• 根端口快速切換機制
• 邊緣端口的引入

示例：
NA西遊第二難：STP學習

在s1到s4交換機配置RSTP

[s1]stp mode rstp

配置s1爲根交換機，s2爲備份根交換機

[s1]stp root primary
[s2]stp root secondary 

配置s3的Ethernet0/0/1，s4的Ethernet0/0/1爲邊緣端口

[s3-Ethernet0/0/1]stp edged-port enable 
[s4-Ethernet0/0/1]stp edged-port enable 

MSTP

RSTP實現了網絡拓撲的快速收斂，但還是存在缺陷，即局域網內所有VLAN貢獻一顆生成樹，鏈路被阻塞後將不承載任何流量，造成帶寬浪費，因此無法在VLAN間實現數據流量的負載均衡，還可能造成部分VLAN報文無法轉發。
MSTP把一個交換網絡劃分成多個域，每個域內形成多棵生成樹，生成樹之間彼此獨立。每個域叫做一個MST域，每棵生成樹叫做一個多生成樹實例MSTI；實例內可以包含多個VLAN，通過VLAN映射表，把VLAN和MSTI聯繫起來；一個MSTI可以對應多個VLAN，一個VLAN只能對應一個MSTI。

示例：
NA西遊第二難：STP學習

基礎配置

以s1爲例
配置vlan 10 20，配置連接pc的端口爲access，配置連接交換機的端口爲trunk

[s1]vlan batch 10 20
[s1-Ethernet0/0/1]port link-type trunk 
[s1-Ethernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan 10 20
[s1-Ethernet0/0/2]port link-type trunk 
[s1-Ethernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan 10 20
[s1-Ethernet0/0/3]port link-type access 
[s1-Ethernet0/0/3]port default vlan 10

在s1，s2，s3上配置MSTP多實例

進入MSTP域視圖
[s1]stp region-configuration
配置MSTP域域名
[s1-mst-region]region-name huawei
配置MSTP的修訂級別爲1
[s1-mst-region]revision-level 1
指定vlan10映射到MSTI1，指定vlan20映射到MSTI2
[s1-mst-region]instance 1 vlan 10
[s1-mst-region]instance 2 vlan 20
激活MST域配置
[s1-mst-region]active region-configuration

Notes：在同一MST域中，必須具有相同域名，修訂級別以及VLAN到MSTI的映射關係

查看當前生效的MST域配置

<s1>dis stp region-configuration 
 Oper configuration
   Format selector    :0             
   Region name        :huawei             
   Revision level     :1

   Instance   VLANs Mapped
      0       1 to 9, 11 to 19, 21 to 4094
      1       10
      2       20

在s1，s2，s3查看三個實例中的生成樹狀態和統計的摘要信息

[s1]dis stp instance 0 brief
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               ALTE  DISCARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               DESI  FORWARDING      NONE
[s1]dis stp instance 1 brief
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   1    Ethernet0/0/1               ROOT  FORWARDING      NONE
   1    Ethernet0/0/2               ALTE  DISCARDING      NONE
   1    Ethernet0/0/3               DESI  FORWARDING      NONE
[s1]dis stp instance 2 brief
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   2    Ethernet0/0/1               ROOT  FORWARDING      NONE
   2    Ethernet0/0/2               ALTE  DISCARDING      NONE

可以看到s1交換機的Ethernet0/0/2端口在實例1和實例2中都是處於DISCARDING狀態，要實現這條鏈路被利用，配置s1交換機在實例2中爲根交換機

[s1]stp instance 2 priority 0

再次查看生成樹狀態和統計的摘要信息

[s1]dis stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    Ethernet0/0/1               ROOT  FORWARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/2               ALTE  DISCARDING      NONE
   0    Ethernet0/0/3               DESI  FORWARDING      NONE
   1    Ethernet0/0/1               ROOT  FORWARDING      NONE
   1    Ethernet0/0/2               ALTE  DISCARDING      NONE
   1    Ethernet0/0/3               DESI  FORWARDING      NONE
   2    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE
   2    Ethernet0/0/2               DESI  FORWARDING      NONE

可以看到，Ethernet0/0/2在實例2中爲指定端口，狀態爲FORWARDING了，達到了流量分擔的目的，有效的利用了網絡資源，使s1的兩條上行鏈路可以互相備份

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