STP/RSTP/MSTP 精華詳解:

STP 概述 ：

• 因?yàn)槎釉O(shè)備的互聯(lián)，并因?yàn)榻粨Q機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)原理，會(huì)導(dǎo)致物理環(huán)路的產(chǎn)生。這時(shí)就會(huì)使用到STP協(xié)議
• STP：在有環(huán)的拓?fù)淅锩嫘纬梢粋€(gè)無環(huán)的邏輯拓?fù)?從有環(huán)（物理）到無環(huán)（邏輯）)
• STP：將環(huán)路網(wǎng)絡(luò)修剪成一個(gè)無環(huán)的樹形網(wǎng)絡(luò)，通過生成樹計(jì)算，阻塞某個(gè)接口，使得數(shù)據(jù)到達(dá)目的只有邏輯上的一條鏈路可以走，運(yùn)行該協(xié)議的設(shè)備通過彼此交互BPDU來進(jìn)行STP的計(jì)算。
• 二層環(huán)路會(huì)帶來的問題：廣播風(fēng)暴，MAC地址表偏移，MAC地址震蕩。
• MAC地址漂移：
  • 一個(gè)MAC映射一個(gè)接口，
  • 一個(gè)接口可以映射多個(gè)MAC。
  • 設(shè)備上一個(gè)從一個(gè)兩個(gè)接口學(xué)習(xí)到兩個(gè)MAC地址，后學(xué)習(xí)到MAC地址表項(xiàng)會(huì)覆蓋原MAC表項(xiàng)的現(xiàn)象。
  • 如何防止：提高接口MAC地址學(xué)習(xí)優(yōu)先級(jí)。不允許相同接口mac地址進(jìn)行表項(xiàng)覆蓋。

BPDU:

• 橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元。

• 屬于二層協(xié)議。用于在交換機(jī)與交換機(jī)之間發(fā)送，構(gòu)建無環(huán)網(wǎng)絡(luò)，

協(xié)議字段作用

Flags	8bit，STP只用一個(gè)最高位和一個(gè)最低位，最高位置位為TCA BPDU,最低位置位為 TC BPDU
Root-id	根橋ID，根橋設(shè)備的BID,由優(yōu)先級(jí)+mac地址組成
Cost of path	根路徑開銷，描述到達(dá)根橋的開銷值
Bridge-id	轉(zhuǎn)發(fā)橋id，描述發(fā)送該BPDU的設(shè)備BID.
Port-id	端口id，發(fā)送給BPDU的端口id
Message age	配置BPDU能夠在網(wǎng)絡(luò)中存活的最大生存時(shí)間
Max age	接口緩存BPDU的老化時(shí)間，默認(rèn)為20s
hello time	根橋發(fā)送配置BPDU的發(fā)送周期，默認(rèn)為2s
Forward delay	Listening，Learning狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間，默認(rèn)為15s

• BID：BID一共8個(gè)字節(jié)，其中優(yōu)先級(jí)2個(gè)字節(jié)，MAC地址6個(gè)字節(jié)，優(yōu)先級(jí)又分為兩部分組成，一個(gè)是優(yōu)先級(jí)字段，一個(gè)是system id字段，system id實(shí)質(zhì)就是vlan id，華為默認(rèn)為0，所以設(shè)置優(yōu)先級(jí)實(shí)質(zhì)還是從高4位開始進(jìn)行，高四位為2^12，為4096，所以優(yōu)先級(jí)必須設(shè)置為4096的倍數(shù)。

• Message age 如果是根橋發(fā)出的配置，那么值為0，否則為根橋發(fā)出到達(dá)當(dāng)前橋接收BPDU的總時(shí)間，華為實(shí)現(xiàn)，每經(jīng)過一個(gè)交換機(jī)，值加1

端口狀態(tài)：

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狀態(tài)描述

Disabled	關(guān)閉狀態(tài)
Blocking	阻塞狀態(tài)，接收BPDU，不發(fā)送，不學(xué)習(xí)MAC,不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)
Listening	偵聽狀態(tài)，接收并發(fā)送BPDU,不學(xué)習(xí)MAC,不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，停留一個(gè)forward delay的時(shí)間 15s
Learning	學(xué)習(xí)狀態(tài)，接收并發(fā)送BPDU,學(xué)習(xí)MAC,不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，停留一個(gè)forward delay的時(shí)間 15s
Forwrading	轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，接收并發(fā)送BPDU，學(xué)習(xí)MAC,轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)

STP快速收斂會(huì)造成臨時(shí)環(huán)路

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• STP因?yàn)闆]有快速收斂機(jī)制，所以要設(shè)計(jì)forwead delay的時(shí)間，等待所有設(shè)備BPDU報(bào)文交互的完成
• 不然就會(huì)造成拓?fù)渥兏?#xff0c;端口角色轉(zhuǎn)換完成后快速進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，而莫端設(shè)備還沒有收到TC置位的BPDU，造成網(wǎng)絡(luò)中所有端口都處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，造成一個(gè)臨時(shí)環(huán)路的產(chǎn)生，
• 再比較自己的r-id
• DP對(duì)象：逐鏈路
• stp：慢，無冗余、

STP拓?fù)渥兏ㄖ?#xff1a;

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• 發(fā)送TCN BPDU必須滿足一下任意條件:
  • 必須有一個(gè)接口狀態(tài)處于Forwarding。
  • 只有DP接口才處理TCN BPDU
• 當(dāng)交換機(jī)有鏈路故障后，會(huì)像上游交換機(jī)發(fā)送TCN BPDU，上游交換機(jī)收到后，會(huì)回復(fù)一個(gè)TCA 置位的BPDU,用于告訴下游我已經(jīng)收到了，并向上游逐跳發(fā)送，直至發(fā)送到根橋，根橋收到之后，會(huì)向下游發(fā)送TCA，TC同時(shí)置位的BPDU，然后朝其他接口發(fā)送TC置位的bpdu，所有運(yùn)行STP的交換機(jī)均可以收到TC置位的BPDU。然后會(huì)立即重置自己的MAC地址表項(xiàng)。
• TC置位BPDU的發(fā)送時(shí)間為2s，不受hello time時(shí)間的影響
• 周期為35s（Forward delay+Max age），會(huì)一直發(fā)送TC置位的BPDU，那么就會(huì)一直清空MAC地址表項(xiàng)，但是

RSTP 概述：

• 雖然有STP的獨(dú)特的破環(huán)機(jī)制，但是端口進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)的時(shí)間最少依舊還是等待30s的時(shí)間，很顯然滿足不了現(xiàn)在的業(yè)務(wù)需求，所以在STP的基礎(chǔ)上，改良開發(fā)出了RSTP

• STP/RSTP對(duì)比

  STP/RSTP對(duì)比STPRSTP

  端口角色	RP/DP/BP-AP	RP/DP/BP/AP/EP
  端口狀態(tài)	五種	三種，（將STP前三種合為了一種-Discarding）
  快速收斂機(jī)制	無	P/A機(jī)制、EP端口，AP端口特性，

RSTP端口狀態(tài)：

• 端口狀態(tài)描述

  Discarding	禁用狀態(tài)，接收并發(fā)送BPDU,不學(xué)習(xí)MAC,不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，停留一個(gè)forward delay的時(shí)間 15s
  Listening	偵聽狀態(tài)，接收并發(fā)送BPDU,不學(xué)習(xí)MAC,不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，停留一個(gè)forward delay的時(shí)間 15s
  Forwrading	轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，接收并發(fā)送BPDU，學(xué)習(xí)MAC,轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)

• 由STP的五種端口裝換為了三種端口，這是因?yàn)樵萐TP的前兩個(gè)端口，都不能發(fā)送BPDU，所以就將兩個(gè)直接替代了，是的三種端口合為了一種，端口狀態(tài)數(shù)據(jù)少，以便于人工管理

RSTP新增屬性：

• EP端口，用于連接交換機(jī)。

• BP端口，用于做DP的備份端口

• AP端口，用于做RP的備份端口

• 報(bào)文 flags字段,8位全部占用:

  TCA置位A置位端口狀態(tài)標(biāo)識(shí)符P置位P置位TC置位

  高7位，RSTP不再使用	高6位，置位標(biāo)識(shí)A置位的BPDU	高5,4位同時(shí)置位，01表示DIS狀態(tài)，10表示lear狀態(tài)，11表示for狀態(tài)	低2,3位同時(shí)置位，01代表AP/BP，10代表RP,11代表DP.	低1位，置位表示P置位的BPDU	低0位，置位表示為TC置位的BPDU

邊緣端口：

• 可以接收、發(fā)送BPDU，
• EP端口接入終端立即變?yōu)镈P+Forwarding。
• EP端口收到BPDU后，會(huì)失去邊緣端口特性。變?yōu)槠胀ǘ丝谥匦聟⑴cSTP計(jì)算
• EP為什么會(huì)發(fā)送BPDU?
  • 當(dāng)兩個(gè)EP端口自環(huán)了，EP端口收到了自己的BPDU，就會(huì)知道下面有環(huán)路產(chǎn)生
  • 發(fā)送BPDU來防止自環(huán)的產(chǎn)生。（BPDU 2s發(fā)送一次，所以BPDU會(huì)存在2s的臨時(shí)環(huán)路，）
• 接口Up/Down.不會(huì)發(fā)送TC置位的BPDU.不會(huì)影響拓?fù)渥兏?/li>
• TC BPDU不會(huì)向EP端口轉(zhuǎn)發(fā)。
• 收到TC BPDU、P/A置位BPDU時(shí)，不會(huì)清空EP端口的MAC地址表項(xiàng)，PA協(xié)商時(shí)會(huì)強(qiáng)制為sysc同步成功

邊緣端口保護(hù)：

• 配置EP端口保護(hù)后，如果邊緣端口收到BPDU報(bào)文，邊緣端口會(huì)被down掉，邊緣端口屬性不變
• 被關(guān)閉的端口默認(rèn)不會(huì)自動(dòng)恢復(fù)，需要執(zhí)行命令手動(dòng)恢復(fù)，或者重啟端口，或者配置一個(gè)自動(dòng)恢復(fù)的時(shí)間。

快速收斂：

• P/A機(jī)制：

  • 在交換機(jī)與交換機(jī)之間進(jìn)行的，
  • 交換機(jī)認(rèn)為自己是Root 接口想為DP，處于Discarding 狀態(tài)，就發(fā)送P/A置位的BPDU
  • 雙方都認(rèn)為自己的Root，都會(huì)發(fā)送P/A置位的BPDU，雙方通過比較優(yōu)劣，劣勢(shì)的一方，主動(dòng)發(fā)起A置位的BPDU
  • 當(dāng)鏈路類型為點(diǎn)到點(diǎn)，全雙工，接口想為RP端口，處于Discarding狀態(tài)，并進(jìn)行P/A同步（sync），就會(huì)發(fā)送A置位的BPDU。
  • P/A同步過程：將交換機(jī)除AP,EP,BP,端口以外的所有端口處于Discarding狀態(tài)，
  • 當(dāng)將A置位的BPDU,發(fā)送出去后，該端口立馬進(jìn)入Forwarding狀態(tài)，
  • 當(dāng)收到A置位的BPDU后，該端口立馬進(jìn)入Forwarding狀態(tài)。
  • P/A機(jī)制是當(dāng)上游是DP端口，下游是RP端口是，才進(jìn)行P/A機(jī)制，若下游是AP短褲，則不會(huì)產(chǎn)生A置位的BPDU進(jìn)行回復(fù)，那么對(duì)端DP端口進(jìn)入到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，就需要等待兩個(gè)Forward Delay的時(shí)間。
  • 什么時(shí)候端口才會(huì)認(rèn)為自己是DP?
    • 剛加入網(wǎng)絡(luò)，認(rèn)為自己是根橋
  • 什么時(shí)候端口才會(huì)認(rèn)為自己的RP?
    • 通過比較BPDU后，發(fā)現(xiàn)別人的比較優(yōu)。
  • 什么時(shí)候端口才會(huì)認(rèn)為自己是AP?
    • 收到的BPDU，沒有自身其優(yōu)。
  • 什么時(shí)候端口才會(huì)認(rèn)為自己是BP?
    • 收到自己發(fā)出的BPDU,但是比自己優(yōu)。

• AP端口特性：

  • 當(dāng)RP端口Down掉后，交換機(jī)會(huì)從多個(gè)AP端口中選擇最優(yōu)的AP端口替代成RP,AP會(huì)直接轉(zhuǎn)換為RP，并立即進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。

• BP端口特性：

  • 若DP端口Down后，BP會(huì)立即轉(zhuǎn)變成為RP狀態(tài)，等待兩個(gè)Forward Delay的時(shí)間進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)
  • 若DP端口鏈路被阻塞，BP收不到了RP發(fā)送過來的BPDU，會(huì)等待hold time的超時(shí)時(shí)間（默認(rèn)為18s），就認(rèn)為DP掛掉了，BP會(huì)立即轉(zhuǎn)變成為RP狀態(tài)，等待兩個(gè)Forward Delay的時(shí)間進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，總共為（18+30=48）

拓?fù)渥兏ㄖ?#xff1a;

• 觸發(fā)條件：交換機(jī)端口狀態(tài)由Discarding狀態(tài)轉(zhuǎn)換為Forarading狀態(tài)（說明就是有端口角色的切換），該接口Down會(huì)影響其他接口角色的切換，

• 交換機(jī)會(huì)跟除EP端口外所有端口啟動(dòng) Tc While time，這個(gè)計(jì)時(shí)器是hello time的兩倍，

• 在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，清空除EP端口外所有端口映射學(xué)習(xí)來的MAC地址，同時(shí)由端口發(fā)送RST BPDU，其中TC置位，一旦Tc While 計(jì)時(shí)器超時(shí)，就不再發(fā)送

• 交換機(jī)收到RST BPDU后，清空除接受端口，和EP端口以外的所有的MAC地址條目，

• 并開啟Tc While time，繼續(xù)朝著DP/RP端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

優(yōu)點(diǎn)：1.不用清空所有的MAC地址條目，保留了一些有效的，有效的避免了過多單播報(bào)文的泛洪

? 2.以拓?fù)渥兓邽樵?#xff0c;向外擴(kuò)散TC置位的BPDU,不必到達(dá)根橋，節(jié)省了收斂時(shí)間。

華為實(shí)現(xiàn)：

• 華為實(shí)現(xiàn)：在收到比自己次優(yōu)的BPDU時(shí)，會(huì)將自己的優(yōu)的BPDU發(fā)給對(duì)方。這就不用等待Max Age的超時(shí)時(shí)間。
• 華為實(shí)現(xiàn)：STP/MSTP/RSTP都只有三種狀態(tài)，
• 華為實(shí)現(xiàn)：STP只比RSTP少了一個(gè)快速收斂 P/A機(jī)制
• 華為實(shí)現(xiàn)：設(shè)備有自己的超時(shí)時(shí)間，在超時(shí)時(shí)間內(nèi)沒有收到BPDU,就會(huì)重新進(jìn)行生成樹的計(jì)算，Max Age在華為交換機(jī)中的意義不大，超時(shí)時(shí)間為 hello time時(shí)間 x 3 x 時(shí)間因子（默認(rèn)為3，取值1-10），默認(rèn)位18s，最小為6s。
• 華為實(shí)現(xiàn)，當(dāng)收到TC置位的BPDU時(shí)，會(huì)將交換機(jī)的MAC清空，這樣可以及時(shí)清除錯(cuò)誤的MAC表項(xiàng)，但是TC置位的BPDU會(huì)持續(xù)發(fā)送35s，每2s發(fā)送一次。會(huì)發(fā)送大概17次，就會(huì)一直刷新交換機(jī)的MAC地址表項(xiàng)。同時(shí)會(huì)產(chǎn)生過多的單播泛洪報(bào)文。

MSTP概述：

• STP/RSTP在交換機(jī)上有且僅有一個(gè)實(shí)例，所有vlan映射到一個(gè)實(shí)例上，RSTP雖然可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的快速收斂，但是仍然會(huì)出現(xiàn)閑置鏈路，沒有達(dá)到負(fù)載均衡的目的
• MSTP可以自定義多個(gè)生成樹實(shí)例，允許多個(gè)vlan映射到不同的實(shí)例
  • 實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，避免閑置鏈路
  • 實(shí)現(xiàn)冗余備份，各實(shí)例之間的單獨(dú)進(jìn)行RSTP計(jì)算的，互不影響
  • 不同的vlan流量根據(jù)不同的路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

MSTP標(biāo)識(shí)：

• MST交換機(jī)使用MST configuration id來標(biāo)識(shí)自己

• MST configuration id包含三個(gè)參數(shù)：

  • 區(qū)域名字（region name）
  • 修訂級(jí)別 （region level）
  • vlan和實(shí)例（instance）的映射。MSTP會(huì)將vlan與實(shí)例的映射關(guān)系進(jìn)行hash計(jì)算。然后讓BPDU進(jìn)行攜帶，雙方通過比較hash值來確定是不是屬于同一實(shí)例。
  • 只有以上三種參數(shù)全部相同，才說明他們屬于同一實(shí)例。

• MSTP實(shí)例：

  • MSTI：用戶自定義多生出實(shí)例

    • MSTP通過設(shè)置VLAN映射表（即VLAN和MSTI的對(duì)應(yīng)關(guān)系表）把VLAN和MSTI聯(lián)系起來

    • MSTI可以與一個(gè)或多個(gè)vlan對(duì)應(yīng)。

    • 各MSTI之間單獨(dú)進(jìn)行RSTP計(jì)算，互不干擾、

    • 每個(gè)MSTI進(jìn)行802.1W算法

    • 每個(gè)端口在每個(gè)MSTI中的端口角色，狀態(tài)，參數(shù)不一樣

  • ISTl：默認(rèn)實(shí)例0，他是特殊的MST實(shí)例缺省情況下，所有vlan都屬于該實(shí)例。

  • CITI：MSTP 多域。MST實(shí)例僅出現(xiàn)在每個(gè)區(qū)域內(nèi)，并不出現(xiàn)在區(qū)域間，如果把每一個(gè)區(qū)域看做是一臺(tái)大的交換機(jī)，則連接這些交換機(jī)的樹被稱為CSI,

  • 每個(gè)區(qū)域中的IST和區(qū)域間的CST一起構(gòu)成CIST

STP保護(hù)技術(shù)：

BPDU保護(hù)：

• EP端口如果收到BPDU后，會(huì)喪失特性，那么如果有人惡意的跟EP端口發(fā)送BPDU。是EP端口喪失特性

• 使用在EP端口上，EP端口如果收到BPDU后，不會(huì)使其失去邊緣端口特性，而是直接關(guān)閉，需要手動(dòng)開啟，或者手動(dòng)配置自動(dòng)恢復(fù)的時(shí)間，

根保護(hù)：

• 如果在現(xiàn)有的拓?fù)渲?#xff0c;新加入一各交換機(jī)，并惡意的將優(yōu)先級(jí)設(shè)置最低，使之網(wǎng)絡(luò)受到優(yōu)先級(jí)更高的BPDU，從而引起網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溴e(cuò)誤變更，會(huì)導(dǎo)致原來應(yīng)該通過高速鏈路轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)朝著低速鏈路進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，造成網(wǎng)絡(luò)擁塞

• 啟用ROOT保護(hù)的RP端口，端口角色一致保持在RP端口。如果指定端口收到優(yōu)先級(jí)更高的報(bào)文，端口進(jìn)入Discarding狀態(tài)，不在轉(zhuǎn)發(fā)BPDU,在經(jīng)過兩倍的Forwrad delay時(shí)間后，如果端口一直沒有收到更優(yōu)的BPDU，則自動(dòng)恢復(fù)到正常的Forwarding狀態(tài)。

環(huán)路保護(hù)：

• 在AP和DP相連的全雙工鏈路上，如果單方向鏈路故障的話，會(huì)造成AP收不到DP發(fā)送過來的BPDU，認(rèn)為DP失效，自己切換狀態(tài)為DP，并等待兩個(gè)Forward delay的時(shí)間進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，那么就會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)環(huán)路。
• 配置環(huán)路保護(hù)后，如果AP/RP端口長(zhǎng)時(shí)間沒有收到BPDU，則向網(wǎng)關(guān)發(fā)出通知消息，如果是根端口則進(jìn)入Discarding狀態(tài)，如果是AP端口進(jìn)入阻塞狀態(tài)，不轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，從而不會(huì)形成環(huán)路，直到收到BPDU,才會(huì)進(jìn)入Fowarding狀態(tài)。

TC保護(hù)：

• 交換設(shè)備在收到TC置位的BPDU時(shí)，會(huì)清除MAC地址表項(xiàng)，那么如果網(wǎng)絡(luò)中有偽造的TC置位的BPDU頻繁發(fā)送，那么MAC地址就會(huì)一直被清空，導(dǎo)致有過多的單播泛洪報(bào)文，直至廣播風(fēng)暴。
• 配置TC保護(hù)后，可以設(shè)置在接收TC置位的BPDU后多少秒內(nèi)進(jìn)行清空MAC地址表項(xiàng)，還可以設(shè)置接收的最大閾值，超過閾值就不在接收。

BPDU過濾：

• 因?yàn)镋P端口不參與STP計(jì)算，但是仍然會(huì)發(fā)送BPDU報(bào)文，這些BPDU可能會(huì)發(fā)送到其他網(wǎng)絡(luò)，造成網(wǎng)絡(luò)震蕩，配置BPDU過濾可以使端口不發(fā)不收BPDU，過濾BPDU報(bào)文，但是這樣會(huì)結(jié)局不掉兩個(gè)EP端口互聯(lián)的環(huán)路問題，所以這個(gè)要慎用。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的STP/RSTP/MSTP 精华详解的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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