网络之路26：STP生成树协议-编程知识

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网络之路第一章：Windows系统中的网络

0、序言
1、Windows系统中的网络1.1、桌面中的网卡1.2、命令行中的网卡1.3、路由表1.4、家用路由器

网络之路第二章：认识企业设备

2、认识企业设备2.1、MSR810-W外观2.2、登录MSR810-W管理页面2.3、快速设置上网2.4、WLAN配置2.5、LTE模块配置2.6、MSR810-W高级设置

网络之路第三章：认识设备命令行

3、认识设备命令行3.1、通过Console接口登录设备3.2、远程登录设备3.3、Comware系统的基本命令3.4、MSR810-W配置解读3.5、MSR810-W初始化配置

网络之路第四章（上）：认识网络模拟器

4、认识网络模拟器4.1、HCL华三云实验室4.2、eNSP企业网络模拟平台4.3、Cisco Packet Tracer4.4、EVE-NG4.4.1、从OVF导入部署到ESXi4.4.2、使用ISO安装到WorkStation4.4.3、EVE-NG导入iol镜像4.4.4、EVE-NG导入qemu镜像

网络之路第四章（下）：认识虚拟化

4.5、虚拟化环境VMware ESXi4.5.1、定制ESXi 6.7安装镜像4.5.2、部署ESXi 6.74.5.3、ESXi 6.7升级ESXi 7.04.5.4、vCenter纳管ESXi主机4.6、虚拟化环境CAS4.6.1、部署CVM管理节点4.6.2、部署CVK计算节点4.6.3、CVM纳管CVK节点4.7、网络功能虚拟化NFV4.7.1、部署NFV4.7.2、配置NFV网络4.7.3、NFV设备初始配置

网络之路第五章：基础网络实验

5、基础网络实验5.1、简单网络环境搭建与测试5.2、网络设备基本连接与调试5.3、ARP协议5.4、DHCP报文交互过程5.5、DHCP基础实验5.6、DHCP进阶实验5.7、VLAN基础实验5.8、VLAN进阶实验

6、以太网交换基础实验

学习过了基础的网络实验配置，我们应该对网络实验有了简单的了解。接下来，我们继续学习交换机相关的二层技术配置，在H3C认证课程中，该系列课程为构建高性能园区网络，我们先介绍其中比较简单的部分。

6.1、生成树协议

前面介绍VLAN的时候（网络之路24：VLAN基础实验），我们提过，如果在实际网络环境中，因为接线不当等原因，可能会出现网络环路的情况。

大概像上图这样，多台设备首尾相连，此时广播报文就会在几台设备之间不断传播，在传播的同时又在生成新的报文。在这种网络中，过不了多久，网络里的流量就达到设备的性能瓶颈了，出现性能显著下降，甚至网络不可用等问题，影响正常业务报文的转发；这种情况，我们一般称之为“广播风暴”。

我们一般将交换机分为傻瓜交换机（二层交换机）和可管理交换机（三层交换机），可管理交换机大部分都可以支持STP（Spanning Tree Protocol，生成树协议），生成树协议是一种二层管理协议，它通过选择性地阻塞网络中的冗余链路来消除二层环路，同时还具备链路备份的功能。

然后我们使用HCL构造一个下图这样的网络拓扑（网络之路11：认识网络设备模拟器HCL）。

在不区分VLAN的情况下，要从PC4访问到PC6，可能的路径有以下3条：

1、PC4→SW1→GE0/1→SW2→PC6

2、PC4→SW1→GE0/4→SW2→PC6

3、PC4→SW1→GE0/2→SW3→SW2→PC6

同时我们也能明显的看到，图里面存在环路，此时STP就派上用场了。在H3C的交换机设备上，默认是全局开启了STP的，我们可以通过命令进行查看。

STP采用的协议报文是BPDU（Bridge Protocol Data Unit，桥协议数据单元），也称为配置消息，STP通过在设备之间传递BPDU来确定网络的拓扑结构，同时确定端口的角色和状态。STP的端口状态有3种，主要状态为Forwarding（该状态下的端口可以接收和发送BPDU，也转发用户流量）和Discarding（该状态下的端口可以接收和发送BPDU，但不转发用户流量），还有一种过渡状态Learning，该状态下的端口可以接收和发送BPDU，但不转发用户流量。

我们看一下SW2的端口角色和状态。

再看一下SW3的端口角色和状态。

那么此时的链路状态如下所示：

一共4条链路，SW2和SW3的互联线路不转发数据，SW1和SW2的其中一条互联线路不转发数据，虽然接口的物理状态还是UP的，但现在逻辑上已经不存在环路了。

然后我们看一下SW2上出现的3种端口角色：

1、GE1/0/1为根端口（Root Port），对应Role为ROOT，是指非根桥设备上离根桥最近的端口，用于在非根桥上负责向根桥方向转发数据。那什么是根桥呢？STP认为树形的网络结构必须有树根，于是便引入了根桥的概念，根桥会根据网络拓扑的变化实时选举改变，但是一个STP中有且只有一个根桥，其他设备则称为叶子结点。以此拓扑为例，非根桥设备SW2和SW3上有且只有一个根端口，而根桥设备SW1上没有根端口。

2、GE1/0/2为指定端口（Designated Port），对应Role为DESI，与根端口相反，指定端口负责向下游网段或设备转发数据的端口。

3、GE1/0/4为替换端口（Alternate Port），对应Role为ALTE，是根端口（STP）和主端口（MST）的备份端口。当根端口或主端口被阻塞后，替换端口将成为新的根端口或主端口。

通过命令，我们可以查看生成树端口角色计算的历史信息。

我们可以看到接口GE1/0/1的变化过程为DISA→DESI→ROOT，而GE1/0/4的变化过程为DISA→DESI→ALTE，这就说明了根桥的选举过程。

在网络初始化过程中，所有设备都视自己为根桥，生成各自的配置BPDU并周期性地向外发送，BPDU的关键信息包括根桥ID、根路径开销、指定桥ID、指定端口ID等等，通过前面的计算历史我们可以看出，这些ID基本上都由端口的优先级和MAC地址组成。缺省情况下，设备的优先级都是32768，端口的优先级都是128，所以根桥一般都是由MAC地址确定的。只要设备的生产符合规则，没有任何两台设备的MAC地址是一样的，所以MAC地址小的设备发送的BPDU优先级就会更高，在选举的第一步就会直接选举成为根桥，也就不会进入到根路径开销等选举过程。当网络拓扑稳定以后，只有根桥设备才会向外发送配置BPDU，其他设备则对其进行转发。