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。
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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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