实验1: STP1、实验目的通过本实验，读者可以掌握如下技能：（1）理解STP 的工作原理（2）掌握STP的选举过程2、实验原理STP(STP，Spanning Tree Protocol)解决广播风暴、同一帧的多个拷贝、交换机CAM 表不稳定等问题，STP 基本思路是阻断一些交换机接口，构建一棵没有环路的转发树。

STP 利用BPDU(Bridge Protocol Data Unit)和其他交换机进行通信，从而确定哪个交换机该阻断哪个接口。

在BPDU 中有几个关键的字段，例如：根桥ID、路径代价、端口ID 等。

为了在网络中形成一个没有环路的拓扑，网络中的交换机要进行以下三个步骤：（1）选举根桥、（2）选举根端口、（3）选举指定端口。

这些步骤中，哪个交换机能获胜将取决于以下因素（按顺序进行）：(1)最低的根桥ID由两部分组成：桥优先级(默认32768)和MAC地址(2)最低的根路径代价不是独立的协议标准，而是为标准做的一些必要性补充。

本实验中各种以太网类型的cost如下：100M: 200000 10M: 100 2000000(3)最低发送者桥ID也就是发送者的桥ID，判断规则同(1)中的一样(4)最低发送者端口ID由两部分组成：端口优先级(默认32)和端口序列号（例：f0/3比f0/47优先级高）每个交换机都具有一个唯一的桥ID，这个ID 由两部分组成：网桥优先级+MAC 地址(如果网桥优先级相同，才比较MAC地址)。

网桥优先级是一个2个字节的数(0-61440)，交换机的默认优先级为32768；MAC地址就是交换机的MAC地址。

具有最低桥ID的交换机就是根桥。

根桥上的接口都是指定口，会转发数据包。

选举了根桥后，其他的交换机就成为非根桥了。

每台非根桥要选举一条到根桥的根路径。

STP 使用路径Cost 来决定到达根桥的最佳路径（Cost 是累加的，带宽大的链路Cost 低），最低Cost 值的路径就是根路径，该接口就是根口；如果Cost 值一样，再根据最低发送者桥ID、最低发送者端口优先级、最低发送者端口序列号（例：f0/3比f0/47优先级高）这个顺序选举根口。

根口可以转发数据包的。

交换机的其他接口还要决定是指定口还是阻断口，交换机之间将进一步根据上面的四个因素来竞争。

指定口是转发数据帧的。

剩下的其它的接口将被阻断，不转发数据包。

这样网络就构建出一棵没有环路的转发树。

当网络的拓扑发生变化时，网络会从一个状态向另一个状态过渡，重新打开或阻断某些接口。

交换机的端口要经过几种状态：禁用（Disable）、阻塞（Blocking）、监听状态(Listening)、学习状态（Learning）、最后是转发状态(Forwarding)。

3、实验拓扑图3：实验拓扑图图3中， S2、S3、S4为二层交换机，S1为三层交换机，但是这里并不利用其三层功能，所以它也采用二层交换机的图标。

4、实验步骤为了在网络中形成一个没有环路的拓扑，网络中的交换机要进行以下三个步骤：（1）选举根桥、（2）选举根端口、（3）选举指定端口。

选举根桥根桥：所有参与STP选举的网桥中，网桥ID最小的为根桥。

选举根桥是为了使网络中所有交换机达成一致的无环路拓扑。

网桥ID由网桥优先级和网桥的MAC地址组成，网桥ID越小的，BPDU 越优。

在最初始状态，所有参与STP选举的设备分别以自己为根网桥，发送BPDU，当各设备收到BPDU和自己发送的BPDU进行比较，如果收到的BPDU的网桥ID优先级高，则保存相应的BPDU配置，更新到更高网桥ID 优先级端口根路径开销后，以更新的BPDU信息继续向外扩散；如果收到的BPDU的网桥ID优先级比自己的低，则丢弃并发送自己更高优先级的BPDU进行回应。

BPDU进行比较时，先比较网桥优先级，如果网桥优先级相同，才比较MAC地址的大小。

读者可通过下图STP选举根网桥实例来简单理解STP在网桥优先级不同时是如何选举根网桥的。

图4：STP选举根网桥实例测试用例1测试目的：网桥优先级不相同时的根桥选举测试用例描述： S1网桥优先级设置为4096，S2、S3、S4优先级设置为默认（32768），S1为根桥。

预期结果：S1网桥优先级设置为4096，S2、S3、S4优先级设置为默认（32768），S1为根桥。

表网桥ID值网桥优先级MACS14096表预期根桥及各端口角色测试过程：步骤1：开启S1、S2、S3、S4的STP功能，并将生成树协议类型都配置为stpS1(config)#spanning-treeS1(config)#spanning-tree mode stpS1(config)#spanning-tree priority 4096S2 (config)#spanning-treeS2 (config)#spanning-tree mode stpS3 (config)#spanning-treeS3 (config)#spanning-tree mode stpS4 (config)#spanning-treeS4 (config)#spanning-tree mode stp步骤2：查看S1上STP树信息摘要S1(config)#sh spanning-tree summarySpanning tree enabled protocol stpRoot ID Priority 4096Address this bridge is rootHello Time 2 sec Forward Delay 15 sec Max Age20 sec//以上显示STP树的根桥信息，通过根桥的MAC 地址可以确定S1是根桥。

Bridge ID Priority 4096Address Hello Time 2 secForward Delay 15 sec Max Age 20 sec//以上显示该交换机的桥IDInterface Role Sts Cost Prio Type OperEdge---------------- ---- --- ---------- -------- --------------------Fa0/47 Desg FWD 200000 128 P2p FalseFa0/24 Desg FWD 200000 128 P2p False Fa0/3 Desg FWD 200000 128 P2p False//以上显示该交换机各个接口的状态测试结果：S1被选举为根桥。

结果分析：选举根桥时，比较BPDU中的网桥ID大小。

先比较网桥优先级，实验中网桥优先级不相同。

上表中，S1的网桥优先级4096为拓扑中的最小值，也即优先级最高，所以S1被选举为根桥。

测试用例2测试目的：网桥优先级相同，MAC地址不同时的根桥选举测试用例描述： S1、S2、S3、S4优先级都设置为默认，S4为根桥。

预期结果：S1、S2、S3、S4优先级都设置为默认，S4为根桥。

表网桥ID值表预期根桥及各端口角色测试过程：步骤1：配置S1网桥优先级为32768S1(config)#spanning-tree priority 32768步骤2：查看S1上STP树信息摘要S1(config)#sh spanning-tree summarySpanning tree enabled protocol stpRoot ID Priority 32768Address this bridge is rootHello Time 2 sec Forward Delay 15 sec Max Age20 sec//以上显示STP树的根桥信息，通过根桥的MAC 地址可以确定S4是根桥。

Bridge ID Priority 32768Address Hello Time 2 secForward Delay 15 sec Max Age 20 sec//以上显示该交换机的桥IDInterface Role Sts Cost Prio Type OperEdge---------------- ---- --- ---------- -------- --------------------Fa0/47 Altn BLK 200000 128 P2p False Fa0/24 Altn BLK 200000 128 P2p False Fa0/3 Root BLK 200000 128 P2p False//以上显示该交换机各个接口的状态测试结果：S4被选举为根桥。

结果分析：选举根桥时，比较BPDU中的网桥ID大小。

先比较网桥优先级，而实验中网桥优先级相同，都为默认（32768）。

网桥优先级相同时，比较网桥MAC大小。

实验中S4的网桥MAC：为拓扑中的最小值，优先级最高，所以S4被选举为根桥。

选举根端口根端口:非根网桥到根网桥的最低开销路径的端口选举根端口时，哪个交换机能获胜将取决于以下因素（按顺序进行）：（1）最低的根桥ID由两部分组成：桥优先级(默认32768)和MAC地址图5：网桥ID的组成（2）最低的根路径代价图6：根路径成本的计算本实验中各种以太网类型的cost如下：100M: 200000 10M: 100 2000000（3）最低发送者桥ID也就是发送者的桥ID，判断规则同(1)中的一样（4）最低发送者端口ID由两部分组成：端口优先级(默认32)和端口序列号（例：f0/3比f0/47优先级高）图7：端口ID格式读者可通过图8中的STP根端口选举实例来形象理解下根端口选举过程。

图8：STP根端口选举实例测试用例1测试目的：最低的根路径代价的根端口选举测试用例描述：配置S1的网桥优先级值为4096，S1和S2的f0/3口的speed都强制为10M时，S2的f0/47为根端口。

预期结果：配置S1的网桥优先级值为4096，S1和S2的f0/3口的speed 都强制为10M时，S2的f0/47为根端口。

表各交换机网桥ID值网桥优先级MACS14096默认（32768）表 S2上端口cost值表各交换机RootCost值表预期S2各端口角色测试过程：步骤1：S1上生成树优先级配置为4096，S1和S2上的fa0/3速率都配置为10MbpsS1(config)#spanning-tree priority 4096S1(config-if-FastEthernet 0/47)#int fa 0/3S1(config-if-FastEthernet 0/3)#speed 10S2(config-if-FastEthernet 0/47)#int fa 0/3S2(config-if-FastEthernet 0/3)#speed 10步骤2：查看S2上STP树信息摘要S2#sh spanning-tree summarySpanning tree enabled protocol stpRoot ID Priority 4096Address this bridge is rootHello Time 2 sec Forward Delay 15 sec Max Age20 sec//以上显示STP树的根桥信息，通过根桥的MAC 地址可以确定S1是根桥。