HCIA-RS基础-STP原理与配置

STP（生成树协议）原理与配置

1. 生成树的产生原因

在计算机网络中，生成树（Spanning Tree）是一种用于解决网络中的环路问题的协议。当网络中存在多条冗余路径时，如果不采取措施，数据包可能会在环路中无限循环，导致网络拥塞和性能下降。生成树的目的是通过选择一条最佳路径，将网络中的环路消除，确保数据包的正常传输。

2. 生成树协议的基本原理

生成树协议使用分布式算法来计算和选择生成树，使网络中的设备形成一个无环的拓扑结构。最常用的生成树协议是 IEEE 802.1D Spanning Tree Protocol（STP）。

STP 的基本原理如下：

• 每个网络设备通过发送 BPDU（Bridge Protocol Data Unit）消息来交换信息。BPDU 包含了设备的标识、优先级、路径开销等信息。

• 设备通过比较接收到的 BPDU 信息来选择生成树的根桥（Root Bridge）。根桥是生成树的起点，它具有最小的优先级。

• 每个设备计算到根桥的路径开销，并选择一条最佳路径。路径开销由设备的优先级和端口的路径开销之和决定。

• 在生成树中，每个设备选择一个根端口（Root Port），该端口连接到生成树中的下一个设备。

• 生成树中的某些端口可能被标记为阻塞状态，这些端口不参与数据传输，以避免环路。
  

3. 生成树协议的简单配置

以下是以华为设备为例的 STP 配置命令及其解析：

• 开启生成树协议：

stp enable

通过此命令，启用生成树协议。

• 配置生成树优先级：

stp priority <priority>

通过此命令，设置设备的生成树优先级。优先级越低，设备在生成树中的地位越高。

• 配置生成树根桥：

stp root primary

通过此命令，将设备配置为生成树的根桥。根桥是生成树的起点，具有最小的优先级。

• 配置生成树端口优先级：

interface <interface> stp port priority <priority>

通过此命令，设置指定接口的生成树端口优先级。端口优先级用于选择生成树中的根端口。

• 查看生成树状态：

display stp

通过此命令，显示生成树的状态信息，包括根桥、根端口、阻塞端口等。

4. STP 存在的问题

尽管生成树协议解决了网络中的环路问题，但它也存在一些问题：

• 收敛时间：当网络拓扑发生变化时，生成树协议需要一定时间来重新计算生成树，这会导致网络中断和数据包丢失。

• 带宽利用率：生成树协议将某些端口标记为阻塞状态，这些端口无法传输数据，导致带宽浪费。

• 单点故障：如果生成树的根桥发生故障，整个网络将无法正常工作。

• 限制了网络拓扑：生成树协议要求网络中不存在环路，这限制了网络拓扑的灵活性和可扩展性。

为了解决这些问题，出现了一些改进的生成树协议，如快速生成树协议（Rapid Spanning Tree Protocol，RSTP）和多实例生成树协议（Multiple Spanning Tree Protocol，MSTP），它们在收敛时间、带宽利用率和网络可靠性方面有所改进。

总结

生成树协议通过选择一条最佳路径，消除网络中的环路，确保数据包的正常传输。STP 是最常用的生成树协议，它使用分布式算法来计算和选择生成树。通过配置生成树优先级、生成树根桥和生成树端口优先级等命令，可以进行简单的 STP 配置。然而，STP 也存在一些问题，如收敛时间、带宽利用率、单点故障和限制网络拓扑。为了改进这些问题，出现了一些改进的生成树协议，如 RSTP 和 MSTP。

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