-
实验
1: STP
1
、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
< br>）
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
带宽
IEEE802.1d
IEEE802.1t
10Mbps
100Mbps
1000Mbps
10Gbps
100
19
4
2
2000000
200000
20000
2000
802.1t
不是独立的协议标准，而是为
802.1d
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：<
/p>
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
< br>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
)<
/p>
。
网桥优先级是一个
2
< br>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 <
/p>
低）
，
最低
Co
st
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<
/p>
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)<
/p>
、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，
S
2
、
S3
、
S
4
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。
4.1
选举根桥
根桥：所有参与
STP
选举的网桥中，网桥
ID
< br>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
B
PDU
进行比较，如果收到的
BPDU
的网桥
ID
优先级高，则保存相应的
B
PDU
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
BPD
U
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。
< br>预期结果：
S1
网桥优先级设置为
4096
，
S2
、
< br>S3
、
S4
优先级设置为默认（
32768
），
S1
< br>为
根桥。
表
4.1.1
网桥
ID
值
S1
S2
S3
S4
表
4.1.2
预期根桥及各端口角色
S1
S2
S3
S4
测试过程：
步骤
1
：
<
/p>
开启
S1
、
S2
、
S3
、
S4
的
STP
功能，并将生成树协议类型都
配置为
stp
S1(config)#spanning-
tree
S1(config)#spanning-tree mode stp
S1(config)#spanning-tree priority 4096
S2 (config)#spanning-tree
S2 (config)#spanning-tree mode stp
S3 (config)#spanning-tree
S3 (config)#spanning-tree mode stp
S4 (config)#spanning-tree
S4 (config)#spanning-tree mode stp
根桥
Y
N
N
N
网桥优先级
4096
默认（
32768
）
默认（
32768
）
默认（
3
2768
）
MAC
34
001a.a946.e50f
001a.a97e.04b3
001a.a90b.a744
步骤
2
：查看
S1
上
STP
树信息摘要
S1(config)#sh spanning-tree summary
Spanning tree enabled
protocol stp
Root ID Priority
4096
Address 34
this bridge is root
Hello Time 2 sec
Forward Delay 15 sec Max Age 20 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 4096
Address
34
Hello Time 2 sec
Forward Delay 15 sec Max Age 20 sec
//
以上显示该交换机的桥
ID
Interface Role Sts Cost
Prio Type OperEdge
---------------- ---- --- ----------
-------- ----- ---------------
Fa0/47
Desg FWD 200000 128 P2p False
Fa0/24 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。
S1
S2
S3
S4
网桥优先级
4096
默认（
32768
）
默认（
32768
）
默认（
32768
）
MAC
34
001a.a946.e50f
001a.a97e.04b3
001a.a90b.a744
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
S
1
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
4.1.3
网桥
ID
值
S1
S2
S3
S4
网桥优先级
默认（
< br>32768
）
默认（
32768
）
默认（
32768
）
默认（
32768
）
MAC
34
001a.a946.e50f
001a.a97e.04b3
001a.a90b.a74
4
（
MAC
最小）
表
4.1.4
预期根桥及各端口角色
S1
S2
S3
S4
测试过程：
步骤
1
：配置
S1
网桥优先级为
32768
S1(config)#spanning-tree
priority 32768
< br>步骤
2
：查看
S1
上
STP
树信息摘要
S1(config)#sh spanning-tree summary
Spanning tree enabled
protocol stp
Root ID Priority
32768
Address
001a.a90b.a744
this bridge
is root
Hello Time 2 sec
Forward Delay 15 sec Max Age 20 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 32768
Address
34
Hello Time 2 sec
Forward Delay 15 sec Max Age 20 sec
//
以上显示该交换机的桥
ID
Interface 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
根桥
N
N
N
Y
//
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。
S1
S2
S3
S4
网桥优先级
默认（
< br>32768
）
默认（
32768
）
默认（
32768
）
默认（
32768
）
MAC
34
001a.a946.e50f
001a.a97e.04b3
001a.a90b.a74
4
（
MAC
最小）
实验中
S4
的网桥
MAC
：
001a.a90b.a744
为拓扑中的最小值，优先级最高，所以
S4
被选举
为根桥。
4.2
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<
/p>
的组成
（
2
）最低的根路径代价
< br>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
< br>
（
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 <
/p>
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：<
/p>
配置
S1
的网桥优先级值为
4096
，
S1
和
S2
的
f0/3
口的<
/p>
speed
都强制为
10M
时，
S2
的
f0/47
为根端口。
表
4.2.1
各交换机网桥
ID
值
S1
S2
S3
S4
表
4.2.2 S2
上端口
cost
值
S2 f0/3
S2 f0/47
链路带宽
10M
100M
Cost
2000000
200000
网桥优先级
4096
默认（
32768
）
默认（
32768
）
默认（
32768
）
MAC
34
001a.a946.e50f
001a.a97e.04b3
001a.a90b.a744
表
4.2.3
各交换机
RootCost
值
S1
S2
S3
S4
表
4.2.4
预期
S2
各端口角色
S2
根桥
N
根端口
F0/47
指定端口
F0/25
阻断口
F0/3
RootCost
0 <
/p>
200000
（
200000+0
）
200000
（
200000+0
）
400000
（
200000+200000+0
）
测试过程：
步骤
1
：
S1
上生成树优先级配置为<
/p>
4096
，
S1
和
S2
上的
fa0/3
速率都配置为
10Mbps
S1(config)#spanning-tree priority 4096
S1(config-if-FastEthernet 0/47)#int fa
0/3
S1(config-if-FastEthernet
0/3)#speed 10
S2(config-if-
FastEthernet 0/47)#int fa 0/3
S2(config-if-FastEthernet 0/3)#speed 10
步骤
2
：查看
S2
上
STP
树信息摘要
S2#sh spanning-tree summary
Spanning tree enabled
protocol stp
Root ID Priority
4096
Address 34
this bridge is root
Hello Time 2 sec
Forward Delay 15 sec Max Age 20 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 32768
Address
001a.a946.e50f
Hello Time
2 sec Forward Delay 15 sec Max Age 20 sec
//
以上显示该交换机的桥
ID
Interface Role Sts Cost
Prio Type OperEdge
---------------- ---- --- ----------
-------- ----- ---------------
Fa0/47
Root FWD 200000 128 P2p False
Fa0/25 Desg FWD 200000
128 P2p False
Fa0/3
Altn BLK 2000000 128 P2p False
//
以上显示该交换机各个接口的状态
测试结果：
S2
的
f0/47
被选举为根端口。
表
4.2.5
实测
S2
各端口角色
S2
根桥
N
根端口
F0/47
指定端口
F0/25
阻断口
F0/3
-
-
-
-
-
-
-
-
-
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