STP协议：如何消除网络环路风暴

生成树协议（STP，Spanning Tree Protocol）的主要功能：

1. 消除网络环路导致的广播风暴问题（环路会引发MAC地址表不稳定）
2. 防止网络中的主机接收重复数据帧

STP工作原理：

1. 选举根桥（Root Bridge，RB）
2. 在非根交换机上选举根端口（Root Port，RP）
3. 为每个网段选举指定端口（Designated Port，DP），该端口负责转发BPDU报文（根桥端口默认为指定端口）
4. 阻塞其他所有端口（Block/Discarding状态）

STP协议定义了三种端口角色：指定端口、根端口和预备端口。

1. 指定端口（Designated Port，DP，标记：DESI）

   • 功能：负责向所连网段转发配置BPDU
   • 特点：每个网段有且仅有一个指定端口
   • 注意：根桥的所有端口默认都是指定端口

2. 根端口（Root Port，RP，标记：ROOT）

   • 定义：非根交换机去往根桥的最优路径端口
   • 限制：每台交换机最多拥有一个根端口
   • 例外：根桥上不存在根端口

3. 预备端口（标记：ALTE）

   • 条件：既非指定端口也非根端口的端口
   • 状态：自动进入阻塞状态

4. 桥ID组成与选举规则

   • 构成：优先级（0-65535，默认32768）+ MAC地址
   • 选举：STP网络中桥ID最小的交换机成为根桥

5. 根路径开销（Root Path Cost，RPC）

   • 作用：用于选举根端口和指定端口（值越小越优先）
   • 计算：等于从根桥到该交换机沿途所有入方向接口Cost值的累和

根端口选举规则：

1. 首先比较路径开销
2. 若开销相同，则比较桥ID
3. 若桥ID也相同，则比较端口ID

端口ID说明：

• 由端口优先级（0-240）和端口号组成
• 优先级取值规则：
  • 必须为16的整数倍
  • 默认值为128
• 用于最终确定端口角色

STP协议运行下设备端口存在五种状态：

Forwarding（转发状态）

• 可转发用户流量和BPDU报文
• 仅根端口或指定端口可进入此状态

Learning（学习状态）

• 根据接收的用户流量构建MAC地址表
• 不转发用户流量
• 设置此状态可避免临时环路

Listening（侦听状态）

• 允许转发BPDU报文
• 禁止转发用户流量

Blocking（阻塞状态）

• 仅接收并处理BPDU
• 不转发BPDU和用户流量
• 预备端口的最终状态

Disabled（禁用状态）

• 不处理或转发BPDU报文
• 不转发用户流量

BPDU主要分为两类：配置BPDU和TCN BPDU。

• 配置BPDU：包含桥ID、路径开销和端口ID等关键参数，用于STP协议的交换机选举和端口状态确定。在网络初始化阶段，所有交换机都会主动发送配置BPDU；当网络拓扑稳定后，仅根桥继续主动发送，其他交换机收到上游BPDU后才会响应。
• TCN BPDU：当下游交换机检测到拓扑变化时，向上游发送的拓扑变更通知。

配置BPDU核心参数

1. 根桥ID：由优先级和MAC地址组成，确保STP网络中唯一根桥。
2. 根路径开销：到达根桥的最短路径开销。
3. 指定桥ID：指定交换机的优先级和MAC地址。
4. 指定端口ID：指定端口的优先级和端口号。
5. 时间参数：
   • Message Age：BPDU传播的当前生存时间。
   • Max Age：BPDU的最大保存时间（默认20秒）。
   • Hello Time：BPDU发送间隔（默认2秒，仅根桥触发）。
   • Forward Delay：端口状态迁移延时（默认15秒，含Listening→Learning→Forwarding阶段）。

关键时间说明

• Hello Time：根桥每2秒发送BPDU，其他设备中继转发。
• Forward Delay：控制端口状态转换及MAC表刷新。
• Max Age：新旧BPDU切换的忠诚度判断阈值（20秒）。若Message Age > Max Age则丢弃BPDU；否则接收并转发（每经过一台交换机Message Age+1，仅在MSTP中可修改且需根桥调整生效）。

 

配置所需要的命令： 

[SWA]stp mode stp                        配置交换机的生成树协议模式
[SWA]stp priority 4096                   配置交换机优先级
[SWC]interface GigabitEthernet 0/0/1     进入接口
[SWC-GigabitEthernet0/0/1]stp cost 2000  配置路径开销
[SWA]display stp                         配置验证