生成树基础实验

以太网交换网络中为了进行链路备份，提高网络可靠性，通常会使用冗余链路。但是使用冗余链路会在交换网络上产生环路，引发广播风暴以及 MAC地址表不稳定等故障现象，从而导致用户通信质量较差，甚至通信中断。

为解决交换网络中的环路问题，提出了生成树协议STP(Spanning Tree Protocol)。

与众多协议的发展过程一样，生成树协议也是随着网络的发展而不断更新的，从最初的IEEE802.1D 中定义的 STP 到 IEEE 802.1W 中定义的快速生成树协议 RSTP(Rapid Spanning TreeProtocol)，再到最新的IEEE 802.1S 中定义的多生成树协议 MSTP(Multiple Spanning TreeProtocol )

本实验将通过完成 STP 的基本配置，帮助学员掌握 STP 的配置和原理，以及部分 RSTP 特性。

一、实验目的

  • 掌握启用和禁用 STP/RSTP 的方法
  • 掌握修改交换机 STP 模式的方法
  • 掌握修改桥优先级，控制根桥选举的方法
  • 掌握修改端口优先级，控制根端口和指定端口选举的方法
  • 掌握修改端口开销，控制根端口和指定端口选举的方法
  • 掌握边缘端口的配置方法
  • 掌握启用和禁用 RSTP 的配置方法

二、实验拓扑结构

交换机S1-S4统一采用S3700交换机，连接线两端的接口编号相同。

三、实验背景

某公司的二层交换网络中，为了提高网络可靠性，故在二层交换网络中增加冗余链路。为了阻止冗余链路可能带来的广播风暴，MAC 地址漂移等负面影响，需要在交换机之间部署生成树协议。

四、实验内容

4.1 实验配置思路

  • 使能设备上的 STP 功能
  • 修改桥优先级来控制根桥的选举
  • 修改接口参数来控制端口角色
  • 修改设备运行 RSTP 协议
  • 配置 RSTP 边缘端口

4.2 实验配置步骤

4.2.1 设备基础配置

（1）S1设备命名并关闭信息中心

<Huawei>system-view [Huawei]undo info-center enable [Huawei]sysname S1

（2）S2设备命名并关闭信息中心

<Huawei>system-view [Huawei]undo info-center enable [Huawei]sysname S2

（3）S3设备命名并关闭信息中心

<Huawei>system-view [Huawei]undo info-center enable [Huawei]sysname S3

（4）S4设备命名并关闭信息中心

<Huawei>system-view [Huawei]undo info-center enable [Huawei]sysname S4

4.2.2 配置设备运行 STP

（1）全局使能STP功能

全局使能交换设备或端口上的STP/RSTP/MSTP 功能的命令为stp enable 。默认情况下，交换设备上的 STP/RSTP/MSTP 功能处于启用状态，故该过程可以直接跳过。作为演示，以使能S1交换机的STP/RSTP/MSTP为例。

[S1]stp enable

（2）修改生成树的工作模式

默认情况下，设备的生成树协议工作模式为 MSTP 模式。修改生成树工作模式的命令格式如下：

stp mode 工作模式

其中：工作模式可从stp、rstp和mstp中选择。

对四个交换机的工作模式进行修改如下：

[S1]stp mode stp
[S2]stp mode stp
[S3]stp mode stp
[S4]stp mode stp

（3）查看生成树的状态

[S1]display stp
-------[CIST Global Info][Mode MSTP]-------
CIST Bridge         :32768.4c1f-cc4b-051e  # 自身的桥 ID
Config Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
Active Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
CIST Root/ERPC      :32768.4c1f-cc32-6930 / 200000  # 根桥 ID 和 RPC
CIST RegRoot/IRPC   :32768.4c1f-cc4b-051e / 0
CIST RootPortId     :128.3
BPDU-Protection     :Disabled
TC or TCN received  :67
TC count per hello  :0
STP Converge Mode   :Normal 
Time since last TC  :0 days 0h:1m:7s
Number of TC        :13
Last TC occurred    :Ethernet0/0/3
----[Port1(Ethernet0/0/1)][FORWARDING]----   # 接口状态，下面内容为具体信息Port Protocol       :EnabledPort Role           :Designated PortPort Priority       :128Port Cost(Dot1T )   :Config=auto / Active=200000Designated Bridge/Port   :32768.4c1f-cc4b-051e / 128.1Port Edged          :Config=default / Active=disabledPoint-to-point      :Config=auto / Active=trueTransit Limit       :147 packets/hello-timeProtection Type     :NonePort STP Mode       :MSTP Port Protocol Type  :Config=auto / Active=dot1sBPDU Encapsulation  :Config=stp / Active=stpPortTimes           :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s RemHop 20TC or TCN send      :3TC or TCN received  :0BPDU Sent           :53             TCN: 0, Config: 0, RST: 0, MST: 53BPDU Received       :1             TCN: 0, Config: 0, RST: 0, MST: 1

从S1的 生成树的状态信息可以看出，自身的桥ID与根桥ID不相同，表明S1不是根桥。

经查，S3的桥ID与根桥ID相同，即表示S3为根桥。

[S3]display stp
-------[CIST Global Info][Mode MSTP]-------
CIST Bridge         :32768.4c1f-cc32-6930   # 自身桥ID
Config Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
Active Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
CIST Root/ERPC      :32768.4c1f-cc32-6930 / 0   # 根桥ID及RPC
CIST RegRoot/IRPC   :32768.4c1f-cc32-6930 / 0
CIST RootPortId     :0.0
BPDU-Protection     :Disabled
TC or TCN received  :12
TC count per hello  :0
STP Converge Mode   :Normal 
Time since last TC  :0 days 3h:17m:5s
Number of TC        :11
Last TC occurred    :Ethernet0/0/3

 注：按空格键翻页查看后续输出，按Ctrl+C 可结束显示。

（4）查看各交换机上生成树的状态信息摘要

[S1]display stp brief MSTID  Port                        Role  STP State     Protection0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE0    Ethernet0/0/2               DESI  FORWARDING      NONE0    Ethernet0/0/3               ROOT  FORWARDING      NONE0    Ethernet0/0/4               DESI  FORWARDING      NONE
[S2]display stp brief MSTID  Port                        Role  STP State     Protection0    Ethernet0/0/1               ALTE  DISCARDING      NONE0    Ethernet0/0/2               ALTE  DISCARDING      NONE0    Ethernet0/0/3               DESI  FORWARDING      NONE0    Ethernet0/0/4               ROOT  FORWARDING      NONE
[S3]display stp brief MSTID  Port                        Role  STP State     Protection0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE0    Ethernet0/0/3               DESI  FORWARDING      NONE0    Ethernet0/0/4               DESI  FORWARDING      NONE
[S4]display stp brief MSTID  Port                        Role  STP State     Protection0    Ethernet0/0/1               ROOT  FORWARDING      NONE0    Ethernet0/0/3               ALTE  DISCARDING      NONE0    Ethernet0/0/4               ALTE  DISCARDING      NONE

根据各设备连接接口的STP State（FORWARDING表示接口可以转发业务数据，DISCARDING表示不转发，即接口被阻塞），结合拓扑结构，可得到如下所示的有效拓扑结构，图中红色标识的接口表示此接口被阻塞，不转发业务数据，从而保障了从任一设备出发到达任意其它设备，均有路径可达，且不存在环路。

 注：该拓扑仅供参考，每个人的实验环境中的生成树拓扑不一定相同。

 4.2.3 手动配置根桥和备份根桥

由于根桥在网络中的重要性，在根桥选举过程中，通常希望性能高、网络层次高的交换设备会被选举为根桥。

但是，性能高、网络层次高的交换设备其优先级不一定高，因此需要通过执行相应命令配置其为根桥，以保证该设备成为根桥。

配置当前交换设备为指定生成树的根桥或备份根桥的命令为stp root。

执行【stp root primary】命令指定当前交换设备为根交换设备，即表示该设备在指定生成树中的优先级为0，且优先级不能修改。
执行【stp root secondary】命令指定当前交换设备在指定生成树中为备份根桥，则表示该设备的优先级数值为 4096，且优先级不能修改。

现要求修改设备参数，使得 S2 成为根桥，S1 成为备份根桥。

（1）配置S2为根桥

# 配置当前交换机为根桥
[S2]stp root primary # 查看stp详情
[S2]display stp
-------[CIST Global Info][Mode MSTP]-------
CIST Bridge         :0    .4c1f-cca5-07c7   # 自身桥ID
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-cca5-07c7 / 0   # 根桥ID及到根桥的路径开销RPC
CIST RegRoot/IRPC   :0    .4c1f-cca5-07c7 / 0
CIST RootPortId     :0.0
BPDU-Protection     :Disabled
CIST Root Type      :Primary root  # 根桥
……此处省略后续输出……

注：因自身桥 ID 与根桥 ID 相同，且根路径开销为 0，说明 S2 是当前网络的根桥。 

（2）配置S1为备用根桥

# 配置当前交换机为备用根桥
[S1]stp root secondary # 查看当前STP详情
[S1]display stp
-------[CIST Global Info][Mode MSTP]-------
CIST Bridge         :4096 .4c1f-cc4b-051e  # 自身桥ID
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-cca5-07c7 / 200000  # 根桥ID及到根桥的路径开销RPC
CIST RegRoot/IRPC   :4096 .4c1f-cc4b-051e / 0
CIST RootPortId     :128.1
BPDU-Protection     :Disabled
CIST Root Type      :Secondary root  # 备用根桥
……此处省略后续输出……

 （3）再次查看所有设备的STP状态摘要

[S1]display stp brief MSTID  Port                        Role  STP State     Protection0    Ethernet0/0/1               ROOT  FORWARDING      NONE0    Ethernet0/0/2               ALTE  DISCARDING      NONE0    Ethernet0/0/3               DESI  FORWARDING      NONE0    Ethernet0/0/4               DESI  FORWARDING      NONE
[S2]display stp brief MSTID  Port                        Role  STP State     Protection0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE0    Ethernet0/0/2               DESI  FORWARDING      NONE0    Ethernet0/0/3               DESI  FORWARDING      NONE0    Ethernet0/0/4               DESI  FORWARDING      NONE
[S3]display stp brief MSTID  Port                        Role  STP State     Protection0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE0    Ethernet0/0/3               ALTE  DISCARDING      NONE0    Ethernet0/0/4               ROOT  FORWARDING      NONE
[S4]display stp brief MSTID  Port                        Role  STP State     Protection0    Ethernet0/0/1               ALTE  DISCARDING      NONE0    Ethernet0/0/3               ROOT  FORWARDING      NONE0    Ethernet0/0/4               ALTE  DISCARDING      NONE

根据各设备连接接口的STP State（FORWARDING表示接口可以转发业务数据，DISCARDING表示不转发，即接口被阻塞），结合实验拓扑结构，可得到如下所示的有效拓扑结构，图中红色标识的接口表示此接口被阻断，不转发业务数据，从而保障了从任一设备出发到达任意其它设备，均有路径可达，且不存在环路。

 

4.2.4 配置根端口

现假定需要将S4 的Eth 0/0/4接口配置成为根端口。

（1）查看S4的STP状态信息

[S4]display stp
-------[CIST Global Info][Mode MSTP]-------
CIST Bridge         :32768.4c1f-ccf3-6b1b
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-cca5-07c7 / 200000  # 根桥ID及RPC
CIST RegRoot/IRPC   :32768.4c1f-ccf3-6b1b / 0
CIST RootPortId     :128.3    # 根端口ID（即Eth 0/0/3）
BPDU-Protection     :Disabled
TC or TCN received  :32
TC count per hello  :0
STP Converge Mode   :Normal 
Time since last TC  :0 days 0h:24m:5s
Number of TC        :8
Last TC occurred    :Ethernet0/0/3

从S4的STP状态信息可以看出，S4到根桥S2的路径开销RPC为200000，本设备的根端口为Eth 0/0/3。

（2）修改RPC

现将S4到根桥S2的路径开销RPC为500000，命令如下所示。

[S4]interface Ethernet0/0/3# 指定从此接口到根桥的路径开销
[S4-Ethernet0/0/3]stp cost 500000
[S4-Ethernet0/0/3]quit

（3）查看当前 STP 状态信息

[S4]display stp
-------[CIST Global Info][Mode MSTP]-------
CIST Bridge         :32768.4c1f-ccf3-6b1b
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-cca5-07c7 / 400000  # RPC变为400000
CIST RegRoot/IRPC   :32768.4c1f-ccf3-6b1b / 0
CIST RootPortId     :128.4   # 根端口变为Eth 0/0/4
BPDU-Protection     :Disabled
TC or TCN received  :38
TC count per hello  :0
STP Converge Mode   :Normal 
Time since last TC  :0 days 0h:1m:44s
Number of TC        :9
Last TC occurred    :Ethernet0/0/4

从图中可以看出，此时S4到根桥S2的路径开销RPC变成了400000，根端口变成了Eth 0/0/4，也就是Eth0/0/3被阻塞了，从而有效的网络拓扑变成了如下图所示的样子。

4.2.5 修改当前生成树工作模式为 RSTP

（1）修改所有设备的生成树工作模式

[S1]stp mode rstp
[S2]stp mode rstp
[S3]stp mode rstp
[S4]stp mode rstp

 （2）查看设备上的生成树状态，仅以S1为例

[S1]display stp
-------[CIST Global Info][Mode RSTP]-------
……此处省略后续输出……

 从输出的首行可以看出，S1此时的生成树工作模式为RSTP。

注：模式修改后，对生成树的整体拓扑无影响。

4.2.6 配置边缘端口

（1）S3 的 Eth 0/0/5-0/0/22确认只会连接终端设备，需要被配置为边缘端口。

配置当前端口为边缘端口的命令为【stp edged-port enable】

# 将Ethernet0/0/5配置为边缘端口
[S3]interface Ethernet0/0/5 
[S3-Ethernet0/0/5]stp edged-port enable 
[S3-Ethernet0/0/5]quit# 将Ethernet0/0/6配置为边缘端口
[S3]interface Ethernet0/0/6
[S3-Ethernet0/0/6]stp edged-port enable
[S3-Ethernet0/0/6]quit……其它端口类似操作，此处省略……

通常，设备的以太网接口数比较多，并且在很多以太网接口下有相同的配置。如果对这些以太网接口进行逐个配置会较为繁琐，且容易输入错误。因此，将需要执行相同配置命令的以太网接口加入到一个临时端口组，在临时端口组配置命令时，系统会自动到临时端口组绑定的所有成员接口下执行这些命令行，完成以太网接口批量配置。

注：某些产品上可能不支持临时接口组，需要对接口做单独配置。本实验中的交换机就需要单独配置。

当前端口配置成边缘端口后，如果收到 BPDU（Bridge Protocol Data Unit，桥协议数据单元）报文，交换设备会自动将边缘端口设置为非边缘端口，并重新进行生成树计算。

4.3 结果验证

（1）请根据实际收敛情况，标识和说明当前实验环境中的根桥以及端口角色。

以S1为例

[S1]display stp
-------[CIST Global Info][Mode RSTP]-------   # 工作模式为RSTP
CIST Bridge         :4096 .4c1f-cc4b-051e     # 自身桥ID
Config Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20   # 配置时间参数
Active Times        :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20   # 生效的时间参数
CIST Root/ERPC      :0    .4c1f-cca5-07c7 / 200000  # 根桥ID / RPC
CIST RegRoot/IRPC   :4096 .4c1f-cc4b-051e / 0       # 备用根桥ID / RPC
CIST RootPortId     :128.1    # 根端口
BPDU-Protection     :Disabled  # BPDU保护（未启用，若启用，收到BPDU的边缘端口会被关闭）
CIST Root Type      :Secondary root  # 根桥类型（备用根桥）
TC or TCN received  :100   # 收到的拓扑变更（TC/TCM）BPDU 数量
TC count per hello  :0    # 每个 Hello 时间内的 TC 计数
STP Converge Mode   :Normal   # 生成树收敛模式为普通模式（非快速收敛）。
Time since last TC  :0 days 0h:24m:40s # 上次发生 TC 的时间（24分40秒前）
Number of TC        :27  # 累计 TC 事件次数
Last TC occurred    :Ethernet0/0/1  # 最后一次 TC 事件发生的端口
----[Port1(Ethernet0/0/1)][FORWARDING]----  # 端口工作状态为转发Port Protocol       :EnabledPort Role           :Root Port   # 端口角色为根端口Port Priority       :128  # 端口优先级Port Cost(Dot1T )   :Config=auto / Active=200000   # 端口开销Designated Bridge/Port   :0.4c1f-cca5-07c7 / 128.1  # 指派桥/端口的地址/接口Port Edged          :Config=default / Active=disabled # 边缘端口（默认即未配置）Point-to-point      :Config=auto / Active=true  # 链路类型自动检测为 点对点（P2P）Transit Limit       :147 packets/hello-time # 每个Hello时间内允许传输的BPDU包数量上限为147Protection Type     :None # 未启用任何保护功能Port STP Mode       :RSTP  # 端口运行模式为RSTPPort Protocol Type  :Config=auto / Active=dot1s # 端口协议类型IEEE 802.1sBPDU Encapsulation  :Config=stp / Active=stp # BPDU 封装格式为标准的 STP 格式PortTimes           :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s RemHop 0 # 端口的时间参数与全局一致TC or TCN send      :3TC or TCN received  :4BPDU Sent           :5             TCN: 0, Config: 0, RST: 5, MST: 0BPDU Received       :702             TCN: 0, Config: 0, RST: 702, MST: 0
----[Port2(Ethernet0/0/2)][DISCARDING]----  # 端口工作状态为丢弃Port Protocol       :EnabledPort Role           :Alternate Port  # 端口角色为备用端口Port Priority       :128Port Cost(Dot1T )   :Config=auto / Active=200000Designated Bridge/Port   :0.4c1f-cca5-07c7 / 128.2Port Edged          :Config=default / Active=disabledPoint-to-point      :Config=auto / Active=trueTransit Limit       :147 packets/hello-timeProtection Type     :NonePort STP Mode       :RSTP Port Protocol Type  :Config=auto / Active=dot1sBPDU Encapsulation  :Config=stp / Active=stpPortTimes           :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s RemHop 0TC or TCN send      :0TC or TCN received  :3BPDU Sent           :2             TCN: 0, Config: 0, RST: 2, MST: 0BPDU Received       :700             TCN: 0, Config: 0, RST: 700, MST: 0
----[Port3(Ethernet0/0/3)][FORWARDING]---- # 端口工作状态为转发Port Protocol       :EnabledPort Role           :Designated Port  # 端口角色为指派端口，即要负责业务数据转发Port Priority       :128Port Cost(Dot1T )   :Config=auto / Active=200000Designated Bridge/Port   :4096.4c1f-cc4b-051e / 128.3Port Edged          :Config=default / Active=disabledPoint-to-point      :Config=auto / Active=trueTransit Limit       :147 packets/hello-timeProtection Type     :NonePort STP Mode       :RSTP Port Protocol Type  :Config=auto / Active=dot1sBPDU Encapsulation  :Config=stp / Active=stpPortTimes           :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s RemHop 20TC or TCN send      :3TC or TCN received  :0BPDU Sent           :700             TCN: 0, Config: 0, RST: 700, MST: 0BPDU Received       :0             TCN: 0, Config: 0, RST: 0, MST: 0
----[Port4(Ethernet0/0/4)][FORWARDING]---- # 端口工作状态为转发Port Protocol       :EnabledPort Role           :Designated Port # 端口角色为指派端口Port Priority       :128Port Cost(Dot1T )   :Config=auto / Active=200000Designated Bridge/Port   :4096.4c1f-cc4b-051e / 128.4Port Edged          :Config=default / Active=disabledPoint-to-point      :Config=auto / Active=trueTransit Limit       :147 packets/hello-timeProtection Type     :NonePort STP Mode       :RSTP Port Protocol Type  :Config=auto / Active=dot1sBPDU Encapsulation  :Config=stp / Active=stpPortTimes           :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s RemHop 20TC or TCN send      :7TC or TCN received  :2BPDU Sent           :706             TCN: 0, Config: 0, RST: 706, MST: 0BPDU Received       :4             TCN: 0, Config: 0, RST: 4, MST: 0

（2）关闭任意交换机上的任意端口，观察是否能通过备份链路到达其他所有交换机。

在4.2.4节的基础上，将S3的Eth0/0/3端口关闭以便模拟故障，然后观察并绘制出实际的网络拓扑结构。

[S3]interface Ethernet0/0/3
[S3-Ethernet0/0/3]shutdown 
[S3-Ethernet0/0/3]quit
[S1]display stp brief MSTID  Port                        Role  STP State     Protection0    Ethernet0/0/1               ROOT  FORWARDING      NONE0    Ethernet0/0/2               ALTE  DISCARDING      NONE0    Ethernet0/0/4               DESI  FORWARDING      NONE
[S2]display stp brief MSTID  Port                        Role  STP State     Protection0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE0    Ethernet0/0/2               DESI  FORWARDING      NONE0    Ethernet0/0/3               DESI  FORWARDING      NONE0    Ethernet0/0/4               DESI  FORWARDING      NONE
[S3]display stp brief MSTID  Port                        Role  STP State     Protection0    Ethernet0/0/1               DESI  FORWARDING      NONE0    Ethernet0/0/4               ROOT  FORWARDING      NONE
[S4]display stp brief MSTID  Port                        Role  STP State     Protection0    Ethernet0/0/1               ALTE  DISCARDING      NONE0    Ethernet0/0/3               ALTE  DISCARDING      NONE0    Ethernet0/0/4               ROOT  FORWARDING      NONE

根据上述四个设备接口的STP状态，可得到如下图所示的拓扑结构。

从一个设备出发，到任意其它设备仍均有路径可达。

4.4 参考配置

4.4.1 S1的参考配置

[S1]display current-configuration 
#
sysname S1
#
undo info-center enable
#
stp mode rstp
stp instance 0 root secondary
#
……此处省略默认的输出……

4.4.2 S2的参考配置 

[S2]display current-configuration 
#
sysname S2
#
undo info-center enable
#
stp mode rstp
stp instance 0 root primary
#
……此处省略默认的输出……

4.4.3 S3的参考配置

[S3]display current-configuration 
#
sysname S3
#
undo info-center enable
#
stp mode rstp
#
……此处省略默认输出……
#
interface Ethernet0/0/5stp edged-port enable
#
interface Ethernet0/0/6stp edged-port enable
……此处省略后续相同或类似输出……

4.4.4 S4的参考配置

[S4]display current-configuration 
#
sysname S4
#
undo info-center enable
#
stp mode rstp
……此处省略默认输出……

4.5 思考题

S1与 S2 之间的两条链路能否同时处于转发状态？为什么？
答案：不能，因为 S1 和S2之间的链路就构成了环路，所以必须有一条链路被阻塞。

4.6 参考文献

HCIA-Datacom实验指导手册V1.0

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