【计算机网络安全技术】Day03-STP&RSTP_rstp拓扑变更

目录

一、STP 技术背景

1.1冗余带来环路，环路会导致

1.2如何解决环路带来的问题？

二、STP 定义

2.1STP的工作机制

2.1.1STP 术语：

2.2选举详细过程

2.3STP的端口状态机

2.4STP 计时器

2.5拓扑变更机制

2.6STP的基础配置

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一、STP 技术背景

在网络中，为了防止单点故障的出现，会给链路和设备都做 冗余

1.1冗余带来环路，环路会导致

1.广播风暴
2.MAC地址表紊乱 【不稳定的MAC地址表/MAC地址表抖动】
3.交换机收到重复数据帧

• 广播风暴

网络中如若存在二层环路，一旦出现广播数据帧，这些数据帧帧将被交换机不断进行泛洪，从而在网络中造成广播风暴。

广播风暴对网络的危害是非常大的，将严重消耗设备资源及网络带宽，最终导致网络瘫痪，是需要格外注意的问题。

• MAC地址表紊乱

PC发送数据帧给Server；

SW3的MAC地址表中没有匹配目的MAC的表项，于是将数据帧进行泛洪；

SW1及SW2都会收到这个数据帧并学习源MAC，同时将数据帧进一步泛洪；

SW1及SW2又从自己另一个接口收到这个数据帧，于是MAC表又一次发生改变，如此往复。

1.2如何解决环路带来的问题？

STP既要有冗余，又要去除环路带来的危害------> 从逻辑上去 阻塞 一个端口。 当其余可用的链路出现故障的时候，能过自动化的启用这个被阻塞的端口，保证这个链路可用。

STP 的终极目标就是要找到那个被阻塞的接口。

二、STP 定义

Spanning Tree Protocol

找到阻塞的接口以后，最终网络就会出现一棵无环的树形。基于IEEE 802.1d

2.1STP的工作机制

STP协议如何找到那个被阻塞的接口的？ 选举

1 在所有的交换机中，选出 根网桥

2 在所有的非根交换机上，选出一个 根端口

3 选出 指定端口

4 最后剩下的，既没有被选上根端口，也没有被选上阻塞端口的那个端口，就把它 阻塞 掉。

选举的过程，就是交换机彼此之间 相互传递自己信息的过程， 去比较自己信息的 优劣。

2.1.1STP 术语：

BPDU：

桥协议数据单元 ： Bridge Protocol Data Unit

STP的正常工作依赖于BPDU报文的泛洪.

BPDU 报文：

选举使用的参数和选举规则：

Root ID : 如果交换机认为自己是根桥，就会在自己发送到BPDU的 Root ID这一栏，输入 优先级+MAC地址

根网桥ID： 优先级+MAC地址

选举过程：

2.2选举详细过程

1 在所有的交换机中，选出 根网桥

一开始，所有的交换机都会认为自己是根桥，相互发送BPDU， 它们会在 DBPU的 Root-id这个字段，填写上自己的BID[优先级和MAC地址]，

先比较优先级，如果优先级相同，才比较MAC地址，越小越优先。

当选举出根桥以后，其他的就是非根桥，这些非根桥，就不再自己主动产生BPDU了，而是转发根桥产生的BPDU。

BID: 优先级 + MAC地址，越小越优先
优先级：默认是32768， 可以被设定的范围是：0-65535，但是只能被设置为 4096的倍数。  越小越优先
MAC地址是唯一的，不能被修改。

2 在所有的非根交换机上，选出一个根端口

每一台交换机，在自己的所有接口当中，只选出一个根端口。

比收到BPDU的 Cost值，【反过来就是：到达根桥的路径开销。】

如果Cost相同，则比较收到的BPDU中 Sender-BID字段，越小越优先

如果COST值也相同，则比较 Sender-PID：

Sender-PID : 发送BDPU报文的接口ID :
优先级+ 端口编号： 
优先级默认是  128，范围是 0 - 255

如果Sender PID也相同：

比较 交换机自身接口的PID【local pid】，越小越优先。

3 选出 指定端口

0 一般情况下，根端口对面的，都是指定端口。

1 在其他链路上，选举出指定端口：

1.1 比较 所在交换机到达根桥的开销

1.2 如果所在交换机，达到根桥的路径开销相同，比较所在交换机的 BID

1.3 如果所在交换机的BID也相同，则比较 各自端口的 PID

4 最后剩下的，既没有被选上根端口，也没有被选上阻塞端口的那个端口，就把它 阻塞 掉。

验证接口选举的角色：

# 查看STP的简要信息
display stp brief 

# Role
designate   指定

[SW4]display stp brief 
 MSTID  Port                        Role  STP State     Protection
   0    GigabitEthernet0/0/1        DESI  FORWARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/2        DESI  FORWARDING      NONE
   0    GigabitEthernet0/0/3        DESI  FORWARDING      NONE

根桥 负责向外发送BPDU，其他非根交换机的根端口来接收BPDU， 所有的指定端口负责转发BPDU。

2.3STP的端口状态机

2.4STP 计时器

转发延时【Forward Delay】：

15s, 就是 从 Listening到 Learning，和从Learning到Forwarding需要等待的时间。

报文的Hello时间：

及成为根桥的交换机，发送BPDU的周期：2s一次。

最大存活期：

Blocked的端口，接收BPDU,要进行储存的最大时间，如果经历10个hello周期，Blocked端口依然没有收到来自于根桥的BPDU，这个端口要进入到Listing状态，再次参加选举。

2.5拓扑变更机制

当网络发生拓扑变更是，为了删除交换机中失效的MAC地址，交换机要更新自己的MAC地址表

1、当交换机发现拓扑变更，会从它的根端口发送一个TCN的BPTU【拓扑变更通知】

接收到TCN的交换机会从它的指定端口回复一个 TCN ACK报文，同时也从它的根端口发出TCN BPDU

3、最终TCN BPDU被根桥接收到，发送一个TC置位的BPDU，通知全网，网络中有拓扑变更

3.交换机接收到TC置位的BPDU，会将自己的MAC地址的老化时间调整位15s用以刷新自己的MAC地址表

2.6STP的基础配置

• 启用生成树：

stp enable
交换机会运行生成树， 默认开启的

# 不启用生成树：
undo stp enable

[SW2]undo stp enable 
Warning: The global STP state will be changed. Continue? [Y/N]Y

• STP mode

华为 3700 5700 交换机都默认开启了 STP的功能。
可以设置为三种形式
stp: 传统的 生成树协议
rstp： rapid  stp:  快速生成树，对stp做了一些机制的优化【主要从收敛速度方面】
mstp:  multiple stp， 基于stp,支持多个vlan的STP选举。

# 华为 x7系列交换机默认的STP模式为  MSTP
[SW1]stp mode ?
  mstp  Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP) mode
  rstp  Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) mode
  stp   Spanning Tree Protocol (STP) mode

• 交换机的优先级

[SW1]stp priority ?
  INTEGER<0-61440>  Bridge priority, in steps of 4096
  
  # 可以设置交换机的优先级，调整STP根桥的选举，只能被设置为 4096的倍数

根桥和次根桥
如果网络中交换机设备过多，可以设置主根桥和次根桥

• 主根桥：优先级为0，选举的时候，必然会被选举为根桥
• 次根桥：优先级设置为 4096， 当主根桥故障的时候，它会成为下一个根桥。

# 设置交换机成为主根桥
stp root  primary

# 设置交换机成为备根桥
stp root secondary