生成树协议（STP）配置详解：避免网络环路的最佳实践

生成树协议（STP）配置详解：避免网络环路的最佳实践

前言

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作者：神的孩子都在歌唱

在复杂的局域网（LAN）中，冗余链路是提高网络可靠性的重要手段，但如果不加以控制，冗余链路可能会导致网络环路（Loop），引发广播风暴、MAC地址表波动和高CPU占用，最终导致整个网络瘫痪。 生成树协议（Spanning Tree Protocol, STP）正是为了解决这一问题而设计的。它通过自动检测冗余链路并阻止环路，确保网络稳定运行。本文将深入讲解STP的原理、配置方法，以及如何优化生成树协议以提升网络性能。

如下网络配置，当PC1访问PC2时候，发现ping不通，原因的话就是这四台交换机出现了环路，流量转发不到PC2。

备注：交换机S5700会默认开启stp，开启后他就会自动选举。所以为了测试先把他关了 stp disable

一、STP基本原理

STP基于树形拓扑工作，它的核心思想是：在多条冗余路径中，自动选择一条主路径，阻塞其余路径，以避免环路。STP的工作过程包括：

1. 选举根桥（Root Bridge）：所有交换机通过BPDU（Bridge Protocol Data Unit）报文相互比较，选出具有最低桥ID的交换机作为根桥。
2. 计算最优路径：各交换机根据路径成本（Path Cost），计算到达根桥的最佳路径，并将其端口设为根端口（Root Port）。
3. 选举指定端口（Designated Port）：在每条链路上，决定哪个交换机的端口将成为指定端口，用于数据转发。 根桥所有端口都是指定端口
4. 阻塞非必要路径：将冗余路径上的端口设为阻塞状态（Blocking），防止环路形成。

二、STP 配置示例（华为交换机）

在华为交换机上，可以使用如下命令来配置生成树协议。

1. 启用生成树协议

在所有交换机上启用STP，确保环路保护机制生效。

[Huawei] stp enable  # 启用STP

2. 配置根桥

如果你的交换机是核心设备，建议手动指定其为根桥，以防止动态选举导致网络不稳定。

[SwitchA] stp priority 4096  # 设置优先级，数值越小，优先级越高

默认STP优先级为32768，建议核心交换机设为4096或8192，以确保它成为根桥。

也可以直接设置为根桥

[SwitchA] stp root primary

神唱这里将SwitchA作为根桥，将SwitchB设置为备份根桥

[SwitchB] stp root secondary

3. 查看生成树状态

使用以下命令检查当前STP状态，包括根桥选举、端口角色等信息。

[SwitchA] display stp brief

可以看到根桥 SwitchA 的两个端口都是指定端口。

SwitchC的端口1是根端口，端口2是指定端口，端口3是禁用的。

4. 测试

我们在使用PC1 ping PC2，发现ping的通了，说明流量转发到了。

如果认真看文章的朋友应该很快就能知道流量是怎么发的了,如下

PC1 -> SwitchD  -> SwitchA  -> SwitchB  -> SwitchC -> PC2 

有朋友会问为什么不直接从SwitchD -> SwitchC, 原因就是SwitchC的端口3被禁用了，可以通过抓包的方式发现流量根本没进来。

又有人问了，如果我就是想走D到C呢，我不想走那么多交换机。有没有设置的命令。有的，兄弟有的。

4. 调整路径成本（Path Cost）

如果希望调整特定链路的优先级（比如，让某条链路成为主路径），可以修改端口的路径成本：

[SwitchC] interface GigabitEthernet 0/0/3
[SwitchC-GigabitEthernet0/0/3] stp cost 10  # 设置端口路径成本为10

路径成本越低，优先级越高，该路径越可能成为主路径。 ，这时我们再看 SwitchC的stp配置

可以发现端口3从禁用变成可转发的根端口了。我们在抓包试试。

这回流量是从端口3进来了。也就是

PC1 -> SwitchD -> SwitchC -> PC2 

5. 配置边缘端口（Edge Port）

如果某个端口连接的是终端设备（如PC或服务器），而非交换机，为了加速端口收敛，可以配置为边缘端口（即快速转发模式，等效于Cisco的PortFast）：

[Huawei-GigabitEthernet0/0/2] stp edged-port enable

这样，该端口在上线时无需经历**Listening（监听）和 Learning（学习）**阶段，可以立即进入转发状态，加快网络恢复速度。

简单理解就是提前预习了。不需要等到你请求的时候在学习。

6. 启用BPDU保护

如果边缘端口意外接收到BPDU报文，可能意味着环路风险。可以启用BPDU保护，以防止错误连接交换机：

[Huawei-GigabitEthernet0/0/2] stp bpdu-protection

当启用该功能的端口收到BPDU报文后，会自动进入Err-Disable状态，避免环路形成。

三、快速生成树（RSTP）与增强STP

传统STP收敛速度较慢（通常需要50秒），对于现代网络来说可能过于迟缓。因此，我们可以选择**快速生成树（RSTP）或增强型生成树（MSTP）**来提高收敛速度。

1. 启用RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol）

RSTP的主要优势是可以加快端口的状态转换速度，使网络更快恢复。启用RSTP的方法如下：

[Huawei] stp mode rstp  # 启用RSTP模式

2. 启用MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol）

如果你在网络中部署了多个VLAN，并希望不同VLAN使用不同的生成树实例，可以使用MSTP，它比传统STP和RSTP更高效：

[Huawei] stp mode mstp  # 启用MSTP模式

然后，你需要手动配置MSTP实例，将VLAN映射到不同的实例，以优化流量路径。

[Huawei] stp region-config
[Huawei-mst-region] instance 1 vlan 10 20 30
[Huawei-mst-region] instance 2 vlan 40 50 60
[Huawei-mst-region] active region-configuration

这样，不同的VLAN可以使用不同的路径，有效均衡网络流量。

四、STP优化与排错

1. 避免根桥漂移

如果STP根桥在网络运行过程中频繁变化，可能会引起网络不稳定。为了防止这一问题，可以在核心交换机上手动设置较低的优先级，并在接入交换机上提高优先级，确保根桥始终由核心交换机担任。

2. 防止环路意外发生

在接入层交换机上，建议启用环路保护功能（Loop Guard），以防止因STP错误失效而产生环路：

[Huawei] stp loop-protection

3. 监控STP状态变化

定期检查STP状态，避免误配置导致网络问题。

[Huawei] display stp brief

如果发现某些端口状态频繁变化，可能需要检查物理连接或路径成本设置是否合理。

五、结语

生成树协议（STP）是避免网络环路的重要技术，它可以自动选择最佳路径，并阻塞冗余链路，以确保网络稳定运行。

• STP适用于所有以太网交换网络，但收敛速度较慢。
• RSTP提高了收敛速度，适用于大部分企业网络。
• MSTP适用于多VLAN环境，可以优化不同VLAN的流量路径。

在实际部署时，建议优先使用RSTP或MSTP，并结合边缘端口、BPDU保护、环路防护等优化措施，以提高网络的稳定性和安全性。

作者：神的孩子都在歌唱
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