HCIP快速生成树 RSTP

STP（Spanning Tree Protocol，生成树协议）和RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol，快速生成树协议）都是用于在局域网中消除环路的网络协议。

STP（生成树协议）

1. 基本概念：

   • STP是一种数据链路层管理协议，主要用于防止局域网中的环路产生。
   • 它通过将部分冗余链路强制为阻塞状态，从而将环形网络修剪成无环的树形结构，实现路径冗余备份。

2. 工作原理：

   • STP使用BPDU（Bridge Protocol Data Unit，桥协议数据单元）报文来交换设备之间的信息，包括根桥选举、端口角色确定等。
   • 在网络初始化时，所有设备都认为自己是根桥，并通过比较设备ID和路径开销来选举根桥。
   • 非根桥设备会将接收到最优配置消息的那个端口定为根端口，而其他端口则被阻塞，只保留一个转发流量的端口。

3. 特点：

   • 能够解决广播风暴和MAC地址表震荡问题。
   • 收敛速度较慢，特别是在网络规模较大或拓扑变化频繁的情况下。

RSTP（快速生成树协议）

1. 基本概念：

   • RSTP是IEEE 802.1W标准定义的一种网络协议，旨在提高网络拓扑变化时的收敛速度。
   • 它是对STP的改进，完全向下兼容STP，并提供了更快的拓扑收敛能力。

1. 工作原理：

   • RSTP在STP的基础上增加了Proposal/Agreement机制和根端口快速切换机制等，以加快拓扑变化的响应速度。
   • 当网络发生变化时，RSTP允许直接从阻塞状态切换到转发状态，而无需等待传统的两倍Forward Delay时间。
   • RSTP还引入了边缘端口的概念，这些端口位于交换区域的边缘，与用户终端设备直接连接，可以在UP后立即进入转发状态。

2. 特点：

   • 快速收敛：相比STP，RSTP在网络结构发生变化时能更快地重新计算生成树并恢复网络稳定。
   • 增强的保护功能：如BPDU保护、TC保护等，以防止恶意攻击或错误配置导致的网络震荡。
   • 兼容性：RSTP可以与STP兼容运行，但在某些情况下会丧失快速收敛等优势。

总的来说，STP和RSTP都是为了消除局域网中的环路而设计的协议，但RSTP在STP的基础上进行了改进，提供了更快的收敛速度和更强的保护功能。在实际应用中，应根据网络的具体需求和环境选择合适的协议。

RSTP是STP的改进

（1）端口状态的改变

RSTP通过端口状态的变化和角色定义来实现快速收敛。在STP上有5种端口状态，在RSTP上变成了3种端口状态。

STP有五种端口状态：（禁用、阻塞、监听、学习、转发）

RSTP有三种端口状态：（丢弃、学习、转发）

（2）端口角色的增加

STP的端口角色有：根端口、指定端口、预备端口

RSTP有4种端口角色：根端口、指定端口、替代端口、备份端口

（3）边缘端口

在RSTP中，可以将交换机连接PC的端口配置为边缘端口。

边缘端口默认不参与生成树计算，当边缘端口被激活之后，它会立即切换到转发状态并开始收发业务流量，不经历转发延迟时间，因此工作效率大大提高了。

边缘端口的关闭或者激活并不会触发RSTP拓扑变更。

(4)快速收敛

RSTP通过引入P/A（Port Role/State Transition）机制，加快了网络的收敛速度。这意味着当网络拓扑发生变化时，RSTP能够比STP更快地重新计算生成树并达到稳定状态。

（5）保护功能

BPDU保护：在正常情况下，边缘端口不会收到RST BPDU，如果有人去伪造RST BPDU恶意攻击交换设备，边缘端口接收到RST BPDU时，交换设备就会将其从边缘端口变成STP端口，加入到STP的计算中，从而引起网络震荡。

（6）配置BPDU报文格式：

实验目的：

实验目的：
1. 熟悉RSTP的应用场景
2. 掌握RSTP的配置方法
实验步骤：
1. 开启RSTP
2. 把LSW1设置为根网桥，把LSW2设置为备用根网桥//
[LSW1]stp root primary
[LSW2]stp root secondary
3. 查看每一台交换机的STP的摘要信息
4. 设置边缘端口//
[LSW3-G0/0/1]stp edged-port enable 
[LSW4-G0/0/1]stp edged-port enable
5. 设置BPDU保护//
[LSW3]stp bpdu-protection
[LSW4]stp bpdu-protection
6. 设置根保护//
[LSW1-GigabitEthernet0/0/2]stp root-protection 
[LSW1-GigabitEthernet0/0/3]stp root-protection

实验拓扑：

LSW1的配置

<Huawei>system-view  
[Huawei]undo info-center enable
[Huawei]sysname LSW1
[LSW1]stp root primary  //将当前交换机配置为生成树协议（STP）的根桥
[LSW1]interface g0/0/2  //进入接口GigabitEthernet0/0/2的配置模式
[LSW1-GigabitEthernet0/0/2]stp root-protection  //根保护功能可以防止该接口成为根端口
[LSW1-GigabitEthernet0/0/2]interface g0/0/3  //进入接口GigabitEthernet0/0/3的配置模式
[LSW1-GigabitEthernet0/0/3]stp root-protection  //根保护功能可以防止该接口成为根端口

LSW2的配置

<Huawei>system-view
[Huawei]undo info-center enable
[Huawei]sysname LSW2
[LSW2]stp root secondary  //交换机 LSW2 配置为备用根桥
 

LSW3的配置

<Huawei>system-view
[Huawei]undo info-center enable  
[Huawei]sysname LSW3
[LSW3]interface g0/0/1
[LSW3-GigabitEthernet0/0/1]stp edged-port enable  //在接口GigabitEthernet0/0/1上启用边缘端口（Edge Port）功能
[LSW3-GigabitEthernet0/0/1]quit
[LSW3]stp bpdu-protection  //在交换机LSW3上启用BPDU保护功能
 

LSW4的配置

<Huawei>system-view
[Huawei]undo info-center enable
[Huawei]sysname LSW4
[LSW4]interface g0/0/1
[LSW4-GigabitEthernet0/0/1]stp edged-port enable  //在接口GigabitEthernet0/0/1上启用边缘端口（Edge Port）功能
[LSW4-GigabitEthernet0/0/1]quit
[LSW4]stp bpdu-protection  //在交换机LSW4上启用BPDU保护功能
 

查看:

[LSW1]display stp  //查看华为交换机上生成树协议（STP）状态的
-------[CIST Global Info][Mode MSTP]-------
CIST Bridge         :0    .4c1f-cc03-27b0
Config Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
Active Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
CIST Root/ERPC      :0    .4c1f-cc03-27b0 / 0
CIST RegRoot/IRPC   :0    .4c1f-cc03-27b0 / 0
CIST RootPortId     :0.0
BPDU-Protection     :Disabled
CIST Root Type      :Primary root
TC or TCN received  :6
TC count per hello  :0
STP Converge Mode   :Normal 
Time since last TC  :0 days 0h:22m:55s
Number of TC        :6
Last TC occurred    :GigabitEthernet0/0/3
----[Port1(GigabitEthernet0/0/1)][DOWN]----
 Port Protocol       :Enabled
 Port Role           :Disabled Port
 Port Priority       :128
 Port Cost(Dot1T )   :Config=auto / Active=200000000
 Designated Bridge/Port   :0.4c1f-cc03-27b0 / 128.1
 Port Edged          :Config=default / Active=disabled
 Point-to-point      :Config=auto / Active=false
 Transit Limit       :147 packets/hello-time
  ---- More ----

总结：

RSTP作为一种改进的生成树协议，通过引入新的端口状态和角色、快速收敛机制以及向下兼容性等特点，显著提升了网络的可靠性和效率。它使得网络在面对拓扑变化时能够更快地恢复稳定状态，减少了潜在的通信中断时间。对于需要高可用性和快速故障恢复的网络环境来说，RSTP是一个值得考虑的选择。