一.STP

1. 二層網(wǎng)絡(luò)環(huán)路產(chǎn)生的問(wèn)題

（1）廣播風(fēng)暴

（2）MAC地址表震蕩

（3）重復(fù)數(shù)據(jù)幀

2. STP的主要作用

（1）消除環(huán)路：通過(guò)阻斷冗余鏈路來(lái)消除網(wǎng)絡(luò)中可能存在的環(huán)路。

（2）鏈路備份：當(dāng)活動(dòng)路徑發(fā)生故障時(shí)，激活備份鏈路，及時(shí)恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)連通性。

3. STP操作過(guò)程

（1）選舉一個(gè)根橋。

STP中根橋的選舉依據(jù)的是橋ID，STP中的每個(gè)交換機(jī)都會(huì)有一個(gè)橋ID（Bridge ID） 。橋ID由16位的橋優(yōu)先級(jí)（Bridge Priority）和48位的MAC地址構(gòu)成。在STP網(wǎng)絡(luò)中，橋優(yōu)先級(jí)是可以配置的，取值范圍是0～65535，只能是4096的整數(shù)倍，默認(rèn)值為32768。優(yōu)先級(jí)最高的設(shè)備（數(shù)值越小越優(yōu)先）會(huì)被選舉為根橋。如果優(yōu)先級(jí)相同，則會(huì)比較MAC地址，MAC地址越小則越優(yōu)先。

（2）每個(gè)非根交換機(jī)選舉一個(gè)根端口。

非根交換機(jī)在選舉根端口時(shí)分別依據(jù)該端口的根路徑開(kāi)銷(xiāo)、對(duì)端BID（Bridge ID）、對(duì)端PID（Port ID）和本端PID。

交換機(jī)的每個(gè)端口都有一個(gè)端口開(kāi)銷(xiāo)（Port Cost）參數(shù)，此參數(shù)表示該端口在STP中的開(kāi)銷(xiāo)值。默認(rèn)情況下端口的開(kāi)銷(xiāo)和端口的帶寬有關(guān)，帶寬越高，開(kāi)銷(xiāo)越小。從一個(gè)非根橋到達(dá)根橋的路徑可能有多條，每一條路徑都有一個(gè)總的開(kāi)銷(xiāo)值，此開(kāi)銷(xiāo)值是該路徑上所有接收BPDU端口的端口開(kāi)銷(xiāo)總和（即BPDU的入方向端口），稱(chēng)為路徑開(kāi)銷(xiāo)。非根橋通過(guò)對(duì)比多條路徑的路徑開(kāi)銷(xiāo)，選出到達(dá)根橋的最短路徑，這條最短路徑的路徑開(kāi)銷(xiāo)被稱(chēng)為RPC（Root Path Cost，根路徑開(kāi)銷(xiāo)），并生成無(wú)環(huán)樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)。根橋的根路徑開(kāi)銷(xiāo)是0。

（3）每個(gè)網(wǎng)段選舉一個(gè)指定端口。

指定端口的選舉也是首先比較累計(jì)路徑開(kāi)銷(xiāo)，累計(jì)路徑開(kāi)銷(xiāo)最小的端口就是指定端口。如果累計(jì)路徑開(kāi)銷(xiāo)相同，則比較端口所在交換機(jī)的橋ID，所在橋ID最小的端口被選舉為指定端口。如果通過(guò)累計(jì)路徑開(kāi)銷(xiāo)和所在橋ID選舉不出來(lái)，則比較端口ID，端口ID最小的被選舉為指定端口。

（4）阻塞非根、非指定端口。

未被選舉為根端口或指定端口的端口為預(yù)備端口，將會(huì)被阻塞。

網(wǎng)絡(luò)收斂后，只有指定端口和根端口可以轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。其他端口為預(yù)備端口，被阻塞，不能轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，只能夠從所連網(wǎng)段的指定交換機(jī)接收到BPDU報(bào)文，并以此來(lái)監(jiān)視鏈路的狀態(tài)。

4. STP的端口角色和端口狀態(tài)

端口角色：根端口、指定端口、預(yù)備端口

端口狀態(tài)：

（1）Forwarding：轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。端口既可轉(zhuǎn)發(fā)用戶(hù)流量也可轉(zhuǎn)發(fā)BPDU報(bào)文，只有根端口或指定端口才能進(jìn)入Forwarding狀態(tài)。

（2）Learning：學(xué)習(xí)狀態(tài)。端口可根據(jù)收到的用戶(hù)流量構(gòu)建MAC地址表，但不轉(zhuǎn)發(fā)用戶(hù)流量。增加Learning狀態(tài)是為了防止臨時(shí)環(huán)路。

（3）Listening：偵聽(tīng)狀態(tài)。端口可以轉(zhuǎn)發(fā)BPDU報(bào)文，但不能轉(zhuǎn)發(fā)用戶(hù)流量。

（4）Blocking：阻塞狀態(tài)。端口僅僅能接收并處理BPDU，不能轉(zhuǎn)發(fā)BPDU，也不能轉(zhuǎn)發(fā)用戶(hù)流量。此狀態(tài)是預(yù)備端口的最終狀態(tài)。

（5）Disabled：禁用狀態(tài)。端口既不處理和轉(zhuǎn)發(fā)BPDU報(bào)文，也不轉(zhuǎn)發(fā)用戶(hù)流量。

5. STP故障

（1）根橋故障

非根橋會(huì)在BPDU老化之后開(kāi)始根橋的重新選舉。

根橋故障會(huì)導(dǎo)致50秒左右的恢復(fù)時(shí)間，恢復(fù)時(shí)間約等于Max Age（20s）加上兩倍的Forward Delay（15s）收斂時(shí)間。

（2）直連鏈路故障

SWB檢測(cè)到直連鏈路物理故障后，會(huì)將預(yù)備端口轉(zhuǎn)換為根端口。

SWB新的根端口會(huì)在30 秒（2倍的Forward Delay）后恢復(fù)到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。

（3）非直連鏈路故障

非直連鏈路故障后，由于需要等待Max Age加上兩倍的Forward Delay時(shí)間，端口需要大約50秒才能恢復(fù)到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。

二.RSTP

快速生成樹(shù)RSTP在STP基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇焖偈諗俊?/p>

RSTP使用了Proposal/Agreement機(jī)制保證鏈路及時(shí)協(xié)商，從而有效避免收斂計(jì)時(shí)器在生成樹(shù)收斂前超時(shí)。如圖所示，在交換網(wǎng)絡(luò)中，P/A過(guò)程可以從根橋向下游級(jí)聯(lián)傳遞。

P/A機(jī)制中同步的作用是避免臨時(shí)環(huán)路的產(chǎn)生。

1. RSTP的端口角色

（1）根端口

（2）指定端口

（3）備份端口：Backup端口作為指定端口的備份，提供了另外一條從根橋到非根橋的備份鏈路。

（4）預(yù)備端口：Alternate端口作為根端口的備份端口，提供了從指定橋到根橋的另一條備份路徑。

（5）邊緣端口：RSTP里，位于網(wǎng)絡(luò)邊緣的指定端口被稱(chēng)為邊緣端口。邊緣端口一般與用戶(hù)終端設(shè)備直接連接，不與任何交換設(shè)備連接。邊緣端口不接收配置BPDU報(bào)文，不參與RSTP運(yùn)算，可以由Disabled狀態(tài)直接轉(zhuǎn)到Forwarding狀態(tài)，且不經(jīng)歷時(shí)延，就像在端口上將STP禁用了一樣。但是，一旦邊緣端口收到配置BPDU報(bào)文，就喪失了邊緣端口屬性，成為普通STP端口，并重新進(jìn)行生成樹(shù)計(jì)算，從而引起網(wǎng)絡(luò)震蕩。

2. RSTP的端口狀態(tài)

RSTP把原來(lái)STP的5種端口狀態(tài)簡(jiǎn)化成了3種。

（1）Discarding狀態(tài)，端口既不轉(zhuǎn)發(fā)用戶(hù)流量也不學(xué)習(xí)MAC地址。

（2）Learning狀態(tài)，端口不轉(zhuǎn)發(fā)用戶(hù)流量但是學(xué)習(xí)MAC地址。

（3）Forwarding狀態(tài)，端口既轉(zhuǎn)發(fā)用戶(hù)流量又學(xué)習(xí)MAC地址。

3. 保護(hù)功能

（1）根保護(hù)

根保護(hù)功能確保了根橋的指定端口不會(huì)因?yàn)橐恍┚W(wǎng)絡(luò)問(wèn)題而改變端口角色。

（2）BPDU保護(hù)

配置BPDU保護(hù)功能后，如果邊緣端口收到BPDU報(bào)文，邊緣端口將會(huì)被立即關(guān)閉，并通知網(wǎng)管系統(tǒng)。被關(guān)閉的邊緣端口可配置成自動(dòng)恢復(fù)或管理員手動(dòng)恢復(fù)。

（3）環(huán)路保護(hù)

根端口如果長(zhǎng)時(shí)間收不到來(lái)自上游的BPDU，則進(jìn)入Discarding狀態(tài)，避免在網(wǎng)絡(luò)中形成環(huán)路。

三.MSTP

多生成樹(shù)協(xié)議MSTP兼容STP和RSTP，既可以快速收斂，又提供了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的多個(gè)冗余路徑，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)VLAN數(shù)據(jù)的負(fù)載均衡。

1. 單生成樹(shù)的弊端

（1） 部分VLAN路徑不通

（2）無(wú)法實(shí)現(xiàn)流量分擔(dān)

（3）次優(yōu)二層路徑

2. 多生成樹(shù)實(shí)例解決單生成樹(shù)弊端

MSTP兼容STP和RSTP，既可以快速收斂，又提供了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的各個(gè)冗余路徑，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)VLAN數(shù)據(jù)的負(fù)載均衡。

MST域內(nèi)可以生成多棵生成樹(shù)，每棵生成樹(shù)都稱(chēng)為一個(gè)MSTI。MSTI之間彼此獨(dú)立，且每個(gè)MSTI的計(jì)算過(guò)程基本與RSTP的計(jì)算過(guò)程相同。

每個(gè)MSTI（MST Instance）都有一個(gè)標(biāo)識(shí)（MSTID），MSTID是一個(gè)兩字節(jié)的整數(shù)。VRP平臺(tái)支持16個(gè)MST Instance，MSTID取值范圍是0～15，默認(rèn)所有VLAN映射到MST Instance 0。

VLAN映射表是MST域的屬性，它描述了VLAN和MSTI之間的映射關(guān)系，MSTI可以與一個(gè)或多個(gè)VLAN對(duì)應(yīng)，但一個(gè)VLAN只能與一個(gè)MSTI對(duì)應(yīng)。

審核編輯 ：李倩