交换机生成树协议及应用目录1生成树协议综述 (1)1.1 生成树协议的产生背景 (1)1.2 生成树协议的分类 (1)2 STP协议概述 (1)2.1 STP协议基本思想 (1)2.2 BPDU(网桥协议数据单元） (2)2.3 生成树协议端口的角色 (2)2.4 生成树协议端口的状态 (3)2.5 生成树的形成过程 (3)2.5.1 决定根交换机 (3)2.5.2 决定根端口 (4)2.5.3 认定LAN的指派交换机 (4)2.5.4 决定指派端口 (4)2.5.5 根端口和指派端口的转发设定 (4)2.6生成树协议端口状态迁移 (5)3 RSTP协议概述 (6)3.1 RSTP产生原因 (6)3.2 RSTP与STP的比较 (6)3.5 RSTP的性能分析 (7)4 MSTP协议概述 (7)4.1 MSTP产生原因 (7)4.2 MSTP相关概念 (8)5 生成树的配置 (8)5.1 查看生成树的配置 (8)5.2 打开、关闭STP协议 (8)5.3 设置生成树模式 (8)5.4 配置交换机优先级（Switch Priority） (9)5.5 配置端口优先级（Port Priority） (9)5.6 配置端口的路径花费（Path Cost） (9)5.7 配置Hello Time (10)5.8 配置端口的Max Age (10)5.9 配置端口的Forward Delay (10)5生成树在实际工程中的应用 (11)5.1 环路预防 (11)5.1.1 接入层交换机上发生环路 (11)5.1.1 接入层交换机下联的普通交换机上发生了环路 (12)5.1.1 实际应用举例 (13)5.2冗余备份 (13)5.2.1纯二层冗余备份 (13)5.2.2与VRRP结合使用 (14)1、生成树协议简介1.1生成树协议的产生背景对二层以太网来说，两个局域网之间只能有一条活动着的链路，否则就会产生环路，形成广播风暴。
但是为了加强一个局域网的可靠性，建立冗余链路又是十分必要的，因为，其中的一些通路必须处于备份状态，若网络发生故障，活动链路失效时，冗余链路就必须被提升为活动状态。
因此诞生了一种叫做生成树的协议来解决该问题。
STP的全称是spanning-Tree Protocol，STP协议是一个二层的链路管理协议，它在提供链路冗余的同时防止网络产生环路1.2生成树协议的分类生成树协议的分类，按照产生的时间先后顺序为STP（生成树协议）、RSTP（快速生成树协议）、MSTP（多生成树协议）。
三种生成树所遵循的IEEE标准分别为STP-IEEE 802.3d，RSTP-IEEE 802.3W，MSTP-IEEE 802.3S。
2、STP协议概述2.1 STP协议基本思想STP通过阻断冗余链路将一个有环路的桥接网络修剪成一个无环路的树型拓扑结构,这样既解决了环路问题，又能在某条活动(active)的链路断开时, ,通过激活被阻断的冗余链路重新修剪拓扑结构以恢复网络的连通。
2.2BPDU(网桥协议数据单元）交换机之间通过交换BPDU （网桥协议数据单元）帧来获得建立最佳树形拓扑结构所需的信息。
这些帧以组播地址01-80-C2-00-00-00(十六进制)为目的地址。
每个BPDU 由以下要素组成。
2.3生成树协议端口的角色根端口(Root port)：交换机中根路径开销最低的端口称为根端口；即提供最短路径到根交换机的端口。
指派端口(Designated port)：每个LAN 通过该端口连接到根交换机。
替换端口(Alternate port)：根端口的替换端口，一旦根端口失效，该端口就立即变为根端口备份端口(Backup port)：指派端口的备份端口，当一个交换机有两个端口都连在一个LAN 上，那么高优先级的端口为指派端口，低优先级的端口为备份端口。
非活动端口(Disable port)：当前不处于活动状态的端口，即operation state 为down 的端口。
2.4生成树协议端口的状态生成树经过一段时间（默认值是50秒左右）稳定之后，所有端口要么进入转发状态，要么进入阻塞状态。
2.5生成树的形成过程2.5.1决定根交换机根交换机(root switch) ：具有最高优先级的交换机被称为根交换机。
选举根交换机。
在各交换机启动时，还没有收到其他交换机发过来的配置消息，都认为自己为根交换机，并向外广播自己的配置消息(RootID 等于自己的BridgeID)，等泛洪过后，所有的交换机都知道了谁的BridgeID 最小，就选举谁为根交换机。
Bridge ID ：由交换机优先级和Mac 地址组合而成，交换机优先级和Mac 地址越小，则Bridge ID 就越小，默认优先级为32768。
2.5.2决定根端口在除根桥外的其他所有交换机 上必须选举一个根端口，根端口选举的原则是比较所有端口上接收到的配置消息的优先顺序（按照配置消息比较原则），选举一个接收到最优配置消息的端口为根端口。
2.5.3认定LAN 的指派交换机 指派交换机(designated switch)： 在每个LAN 中根路径开销最少的交换机，称为该LAN 的指派交换机。
2.5.4决定指派端口指派端口（ Designated port ）：每个LAN 都会选择一台设备为指定交换机，通过该设备的端口连接到根交换机。
2.5.5根端口和指派端口转发设定根端口和指派端口进入Forwarding 状态，其他不在生成树中的端口都处于Discarding 状态。
Switch Aswitch C switchB A 为根交换机 指派端口（DP ）Forwarding 根端口(RP) Forwarding2.6生成树协议端口状态迁移图中显示了端口的五种状态的迁移关系。
从图中我们可以看出来，当一个端口被选为根端口或指定端口，就会从blocking 状态迁移到一个中间状态listening 状态；经历forward delay 的延时，迁移到下一个中间状态learning 状态；再经理一个forward delay 延时，迁移到forwarding 状态。
当一个端口由于拓扑发生改变不再是根端口或指定端口了，就会立刻迁移到blocking 状态。
并且，处于任何状态的端口都可能因为端口可用或者不可用变成disabled 状态。
从listening 迁移到learning ，或者从learning 迁移到forwarding 状态，都需要经过forward delay 延时，通过这种延时迁移的方式，能够保DisabledListening BlockingLearningForwarding（1） （2）（5） （1，2） （4） （5）（1，2）（3）（4）（4） （1，2） （1，2）证网络中需要迁移到discarding状态的端口已经完成了迁移，因此能够有效地避免临时环路的形成。
3、RSTP协议概述3.1 RSTP协议产生原因在实际的应用中，生成树协议也有很多美中不足的地方。
最主要的缺点是端口从阻塞状态到转发状态需要两倍的forward delay时延，导致网络的连通性至少要几十秒的时间之后才能恢复。
如果网络中的拓扑结构变化频繁，网络会频繁的失去连通性。
为此，推出了一种新的生成树协议RSTP。
RSTP（快速生成树协议）是从STP发展而来，实现的基本思想一致；RSTP具备STP的所有功能；RSTP改进的目的就是当网络拓扑结构发生变化时，尽可能快的恢复网络的连通性。
3.2RSTP与STP的比较3.2.1 STP端口的角色和状态STP的端口角色：RootPort（根端口）、DesignatedPort（指派端口）、DiscardingPort（丢弃端口）STP的端口状态：Blocking（阻塞）、Listening（监听）、Learning （学习）、forwarding（转发）、disabled（关闭）3.2.1 RSTP端口的角色和状态RSTP的端口角色：RootPort（根端口）、DesignatedPort（指派端口）、AlternatePort（根端口的替换端口）、BackupPort（指派端口的备份端口）、DisablePort（非活动端口）RSTP的端口状态：Discarding（丢弃）、Learning（学习）、Forwarding（转发）3.3 RSTP的性能分析如果网络的拓扑变化是根端口的改变引起的，并且有一个备用的端口可以成为新的根端口的话，那么故障恢复的时间就是根端口的切换时间，无需延时。
如果网络的拓扑变化是指定端口的变化引起的，并且也有一个备用端口可以成为新的指定端口的话，那么故障恢复的时间就是一次握手的时间。
如果网络的拓扑变化是边缘端口的变化引起的，无需延时。
4、MSTP协议概述4.1 MSTP协议产生原因STP/RSTP是单生成树（SST）协议，在局域网内的所有交换机共享一棵生成树，不能按VLAN阻塞冗余链路，与VLAN没有任何联系。
因此在特定网络拓扑下有些VLAN可能会不通且无法实现负载分担。
MSTP是在传统的STP/RSTP的基础上发展而来的新的生成树协议，它既继承了RSTP端口快速Forwarding机制，又解决了RSTP中不同VLAN必须运行在同一棵生成树上的问题，且通过形成多棵生成树实现负载均衡。
4.2MSTP相关概念instance:一台交换机的一个或多个vlan 的集合MST Region:有着相同instance 配置的交换机组成的域，运行独立的生成树（IST，internal spanning-tree）CST（common spanning tree）:不同MST region 之间运行的生成树。
5、生成树的配置5.1查看生成树的配置命令：在特权模式下show spanning-tree5.2打开、关闭STP协议命令：在全局配置模式下spanning-tree/ no spanning-tree5.3设置生成树模式命令：在全局配置模式下spanning-tree mode [ stp | rstp | mstp ]其中：STP~生成树协议RSTP~快速生成树协议MSTP~多域生成树协议功能：指定生成树协议的模式类型，默认模式是mstp，使用no spanning-tree mode/spanning-tree reset命令恢复至默认值。
5.4配置交换机优先级（Switch Priority）命令：在全局配置模式下spanning-tree mst <instance-id> priority <priority>功能：配置交换机的优先级，其中<instance-id>的取值范围为0~64，<priority>的取值范围为0~61440，按4096的倍数递增，缺省值为32768。