VTP---第二層冗余功能

????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????保證網絡的可靠性

????????通過添加設備和電纜來實現備用網絡路徑，從而提升網絡可用性。當有多條網絡路徑可用于數據傳輸時，即使一條路徑失效，也不會影響網絡上設備的連通性。

????????在分層設計中，實現冗余功能的方法是在分布層和核心層添加額外的硬件，并通過額外添加的硬件建立備用路徑。

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冗余功能存在的問題

1、廣播風暴

?????? 當卷入第 2 層環路的廣播幀過多，導致所有可用帶寬都被耗盡時，網絡無法傳送新數據，便形成了廣播風暴。此時沒有帶寬可供正常流量使用，網絡無法支持數據通信。

2、重復的單播幀

?????? 單播幀的目的地址不在網絡中，所以要以廣播的方式，不斷的被轉發。廣播幀并不是會受環路影響的唯一一種幀。發送到環路網絡的單播幀也可能造成目的設備收到重復的幀。

3、不穩定的MAC地址表

?????? 每一個交換機收到數據幀（單播幀）之后，將源地址記錄，對照目的地址。源地址的mac在交換機接口上不斷變換，導致交換機的Mac表不穩定。網絡動蕩。

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解決方法---STP（Spanning Tree Protocol）

??????? STP 會特意阻塞可能導致環路的冗余路徑，以確保網絡中所有目的地之間只有一條邏輯路徑。

????????當一個端口阻止流量進入或離開時，該端口便視為處于阻塞狀態。

阻塞冗余路徑對于防止網絡環路非常關鍵。為了提供冗余功能，這些物理路徑實際依然存在，只是被禁用以免產生環路。

????????一旦需要啟用此類路徑來抵消網絡電纜或交換機故障的影響時，STP?就會重新計算路徑，將必要的端口解除阻塞，使冗余路徑進入活動狀態。

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算法--Algorithm

01.根交換機選舉

??????? STP 使用生成樹算法 (STA) 計算網絡中的哪些交換機端口應配置為阻塞才能防止環路形成。STA 會將一臺交換機指定為根橋，然后將其用作所有路徑計算的參考點。

所有參與 STP 的交換機互相交換 BPDU 幀，以確定網絡中哪臺交換機的網橋 ID (BID) 最小。BID?最小的交換機將自動成為 STA 計算中的根橋。

????????BPDU 是運行 STP 的交換機之間交換的消息幀。每個 BPDU 都包含一個 BID，用于標識發送該 BPDU 的交換機。BID 內含有優先級值、發送方交換機的 MAC 地址以及可選的擴展系統 ID。BID?值的大小由這三個字段共同決定。

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根橋的選擇：

廣播域中的每臺交換機最初都會將自己視為生成樹實例中的根橋，因此其送出的 BPDU 幀中將自己的 BID 作為根 ID。

默認情況下，BPDU 幀是在交換機啟動后每 2 秒發送一次，也就是說 BPDU 幀中 hello 計時器的默認值是 2 秒。

每臺交換機都維護著有關其 BID、根 ID 以及到根橋的路徑開銷的本地信息。

當鄰接交換機收到 BPDU 幀時，它們會將 BPDU 幀內的根 ID 與本地根 ID 比較。如果?BPDU?中的根 ID 比本地根 ID 更小，交換機便更新本地根 ID 以及它送出的 BPDU 消息內的根 ID。

這些消息的作用：

?? （1）告訴網絡新的根橋。

?? （2）路徑開銷也會更新，以指出到根橋的距離。

交換機的根 ID 更新后，其送出的所有后續 BPDU 幀都會包含新的根 ID 以及更新后的路徑開銷。通過這種方式，所有其它鄰接交換機就能始終看到最小的根 ID。

隨著 BPDU 幀在其它鄰接交換機之間傳遞，路徑開銷也不斷更新，以指示到根橋的總路徑開銷。生成樹中的每臺交換機使用其路徑開銷來指示到根橋的最佳可能路徑。

02.端口花費和路徑花費

鏈路速度	10Gb/s	1Gb/s	100Mb/s	10Mb/s
開銷	2	4	19	100

到根橋的最佳路徑開銷——配置端口開銷

S1(Config-if)#spanning-tree cost 25? # 配置開銷

S1(Config-if)#no spanning-tree cost??? # 重置開銷

路徑花費：從非根交換機到達根交換機的路徑花費總和。

1 設置交換機優先級為某一數值 ???# VLAN 1為管理員

Switch(config)# spanning-tree vlan 1 priority 12345 #缺省優先級32769

2 設置交換機為根

Switch(config)# spanning-tree vlan 1 root primary

3 設置交換機為備份根

Switch(config)# spanning-tree vlan 1 root secondary

03.端口角色

在生成樹過程中，交換機端口會被自動配置為四種不同的端口角色。

根端口(RP)：非根交換機上離交換機最近的端口。

??????? ???????????每個交換機上有且僅有一個根端口。

???????? ??????????每個根端口到達根交換機的距離最短。

指派端口(DP)：網絡上除根端口外的所有允許轉發流量的端口。

????????????? ???????根交換機和非根交換機上都可以有DP。

????????????? ??????每個網段都有一個指派端口，該端口是該網段到根交換機最近的交換機上的端口。

非指派端口（鏈接的，但是被阻塞的）：

????????????????????既不是根端口，也不是指派端口的激活端口。

??????????? ????????非指派端口處于Blocking狀態，用來阻止環路

禁用端口（物理關閉的）：

????????????????????被管理員實用shutdown命令關閉的端口。

????????????????? ????禁用端口不參與生成樹算法。

生成樹端口的五種狀態

Blocking?????????????????

接收BPDU，不學習MAC地址，不轉發數據幀

Listening?? ? ? ? ? ? ? ?

接收BPDU,不學習MAC地址，不轉發數據幀，但交換機向其他交換機通告該端口，參與選舉根端口或指定端口。

Learning

接收和發送BPDU,學習MAC地址，不轉發數據幀。

Forwarding

正常轉發數據幀。

Disable

使用 no shut命令和插入網線，端口進入Down狀態。

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STP的收斂步驟

1、?選舉根橋

? ? ? 根端口的選舉順序：

? ? ? ? ? ?1 最低花費的端口成為根端口。

? ? ? ? ? ?2 在花費相同的情況下，比較發送者的BID，BID較小的交換機上的端口成為根端口。

? ? ? ? ? 3 在發送者BID相同的情況下，比較發送者的Port ID，Port ID較小的端口成為根端口。

2、?選舉根端口

? ? ? 交換機比較每個交換機端口的路徑開銷

3、?選舉指定端口和非指定端口

? ? ? 每個網段上都有一個指派交換機，該交換機負責把網段的數據發往根交換機。指派交換機上的端口叫做指派端口。

? ? ? 指派端口的選舉順序：

? ? ? ? ? 1 比較花費。路徑花費小的成為指派端口。

? ? ? ? ? 2 比較BID。如果花費相同，比較交換機的BID，BID較小的交換機上的端口成為指派端口。

? ? ? ? ? 3 比較PID。如果指派交換機上有多個端口連接到同一網段，則Port ID最小的端口成為指派端口。

既不是根端口也不是指派端口的端口將被阻塞。

當轉發端口關閉（例如被阻塞）或某端口在交換機已具有指定端口的情況下轉換為轉發狀態時，交換機會認為自己檢測到了拓撲更改。如果檢測到更改，交換機會通知生成樹的根橋。然后根橋將該信息廣播到整個網絡。

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公眾號：大學生你懂得

總結

以上是生活随笔為你收集整理的学习总结 --- 生成树协议STP的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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