2021-12-21 网工基础（十三） STP的选举规则、STP的接口状态、边缘端口、生成树版本的进化、链路聚合技术原理与配置

一 STP的选举规则

1.在交换网络中选举一个根桥（Root Bridge）

比较Bridge ID桥ID（优先级+MAC地址）越小越优

为了确保交换网络的稳定，建议提前规划STP组网，并将规划为根桥的交换机的桥优先级设置为最小值0。

2.在每台非根桥上选举一个根端口（Root Port-端口角色之一）

比较RPC根路径开销（越小越优）

比较发送者的桥ID（越小越优）

比较发送者的端口ID（越小越优）

比较接受者的端口ID（越小越优）

当非根桥交换机有多个接口接入网络中时，根接口是其收到最优配置BPDU的接口。
可以形象地理解为，根接口是每台非根桥上“朝向”根桥的接口。

3.在每条链路上选举一个指定端口（Designated port-端口角色之一）

比较RPC根路径开销(越小越优)

比较发送者的桥ID（越小越优）

比较发送者的端口ID（越小越优）

一般情况下，根桥的所有接口都是指定接口。

4.堵塞非根端口与非指定端口（Alternate Port-端口角色之一）

一台交换机上，既不是根接口，又不是指定接口的接口被称为非指定接口。
STP操作的最后一步是阻塞网络中的非指定接口，这一步完成后，网络中的二层环路就此消除。

实验：根据选举规则分析交换网络 

去掉“堵塞非指定端口”后的逻辑拓扑连线如下。

可见，网络中的二层环路就此消除。

二 STP的接口状态

状态名称	状态描述
禁用（Disable）	该接口不能收发BPDU，也不能收发业务数据帧，例如接口为down，故障或者没有连接设备等情况
阻塞（Blocking）	该接口被STP阻塞。处于阻塞状态的接口不能发送BPDU，但是会持续侦听BPDU，而且不能收发业务数据帧，也不会进行MAC地址学习（Alternate Port）
侦听（Listening）	当接口处于该状态时，表明STP初步认定该接口为根接口或指定接口，但接口依然处于STP计算的过程中，此时接口可以收发BPDU，但是不能收发业务数据帧，也不会进行MAC地址学习
学习（Learning）	当接口处于该状态时，会侦听业务数据帧（但是不能转发业务数据帧），并且在收到业务数据帧后进行MAC地址学习
转发（Forwarding）	处于该状态的接口可以正常地收发业务数据帧，也会进行BPDU处理。接口的角色需是根接口或指定接口才能进入转发状态（Root Port、Designated port）

STP的接口状态迁移

1 接口初始化或激活，自动进入阻塞状态

2 接口被选举为根接口或指定接口，自动进入侦听状态（维持侦听状态15秒）

3 转发延迟计时器超时且接口依然为根接口或指定接口（维持学习状态15秒）

4 接口不再是根接口或指定接口或指定状态

5 接口被禁用或者链路失效（对端判断禁用需要经过20秒的无报文发送状态）

三 生成树版本的进化

1 STP的不足之处

STP协议虽然能够解决环路问题，但是由于网络拓扑收敛慢，影响了用户通信质量。

2 RSTP概述

RSTP在许多方面对STP进行了优化，它的收敛速度更快，而且能够兼容STP。

通过接口角色的增补，简化了生成树协议的理解及部署。

RSTP的接口角色共有4种：根接口、指定接口、预备接口（原非根端口）和备份接口（原非指定端口）。

边缘端口

如果指定端口位于整个域的边缘，不再与任何交换设备连接，这种端口叫做边缘端口。

边缘端口一般与用户终端设备直接连接，可以由Disabled状态直接转到Forwarding状态，避免Listening+Learning的30秒等待。

相关命令

开启当前端口为边缘端口：stp edged-port enable

关闭当前端口为边缘端口：stp edged-port disable

配置所有端口默认为边缘端口：stp edged-port default

注：交换机与交换机之间，理论上不应该配置成边缘端口，除非拓扑中没有二层环路。

RSTP的状态规范把原来的5种状态缩减为3种

如果不转发用户流量也不学习MAC地址，那么接口状态就是Discarding状态。

如果不转发用户流量但是学习MAC地址，那么接口状态就是Learning状态。

如果既转发用户流量又学习MAC地址，那么接口状态就是Forwarding状态。

STP接口状态   RSTP接口状态   接口在拓扑中的角色
Forwarding   Forwarding    包括根接口、指定接口
Learning     Learning      包括根接口、指定接口
Listening    Discarding    包括根接口、指定接口
Blocking     Discarding    包括Alternate接口、Backup接口
Disabled     Discarding    包括Disable接口

3 STP/RSTP的缺陷

由于局域网内所有的VLAN共享一棵生成树，因此无法在VLAN间实现数据流量的负载均衡，链路被阻塞后将不承载任何流量，还有可能造成部分VLAN的报文无法转发。

4 MSTP：多生成树

MSTP兼容STP和RSTP，既可以快速收敛，又提供了数据转发的多个冗余路径，在数据转发过程中实现VLAN数据的负载均衡。

5 不同生成树的标准

STP 标准生成树 802.1D

RSTP 快速生成树 802.1w

MSTP 多实例生成树 802.1s

相关命令：

修改生成树的标准

[Huawei]stp mode ?
  mstp  Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP) mode
  rstp  Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) mode
  stp   Spanning Tree Protocol (STP) mode

四 链路聚合技术原理与配置

1 提升链路带宽

设备之间存在多条链路时，由于STP的存在，实际只会有一条链路转发流量，设备间链路带宽无法得到提升。

2 以太网链路聚合

以太网链路聚合Eth-Trunk：简称链路聚合，通过将多个物理接口捆绑成为一个逻辑接口，可以在不进行硬件升级的条件下，达到增加链路带宽的目的。

相关命令

创建链路聚合：interface Eth-Trunk 数字（范围0-63）

将接口加入链路聚合：trunkport GigabitEthernet 0/0/接口数字

查看链路聚合状态（简要）：display eth-trunk

查看链路聚合状态（详细）：display interface Eth-Trunk

实验：配置链路聚合

在两台交换机上做如下配置

<Huawei>system-view

[Huawei]stp edged-port default

[Huawei]interface Eth-Trunk 1

[Huawei-Eth-Trunk1]trunkport GigabitEthernet 0/0/2

[Huawei-Eth-Trunk1]trunkport GigabitEthernet 0/0/3

[Huawei-Eth-Trunk1]trunkport GigabitEthernet 0/0/4

查看详细状态

[Huawei]display interface Eth-Trunk 

Eth-Trunk1 current state : UP
Line protocol current state : UP
Description:
Switch Port, PVID :    1, Hash arithmetic : According to SIP-XOR-DIP,Maximal BW:
 3G, Current BW: 3G, The Maximum Frame Length is 9216
IP Sending Frames' Format is PKTFMT_ETHNT_2, Hardware address is 4c1f-cc69-2c02
Current system time: 2021-12-22 22:51:22-08:00
    Input bandwidth utilization  :    0%
    Output bandwidth utilization :    0%
-----------------------------------------------------
PortName                      Status      Weight
-----------------------------------------------------
GigabitEthernet0/0/2          UP          1
GigabitEthernet0/0/3          UP          1
GigabitEthernet0/0/4          UP          1
-----------------------------------------------------
The Number of Ports in Trunk : 3
The Number of UP Ports in Trunk : 3