生成樹協(xié)議STP、RSTP、MSTP各自的作用、優(yōu)點以及區(qū)別是什么？

一.STP

1. 二層網(wǎng)絡環(huán)路產(chǎn)生的問題

（1）廣播風暴

（2）MAC地址表震蕩

（3）重復數(shù)據(jù)幀

2. STP的主要作用

（1）消除環(huán)路：通過阻斷冗余鏈路來消除網(wǎng)絡中可能存在的環(huán)路。

（2）鏈路備份：當活動路徑發(fā)生故障時，激活備份鏈路，及時恢復網(wǎng)絡連通性。

3. STP操作過程

（1）選舉一個根橋。

STP中根橋的選舉依據(jù)的是橋ID，STP中的每個交換機都會有一個橋ID（Bridge ID） 。橋ID由16位的橋優(yōu)先級（Bridge Priority）和48位的MAC地址構成。在STP網(wǎng)絡中，橋優(yōu)先級是可以配置的，取值范圍是0～65535，只能是4096的整數(shù)倍，默認值為32768。優(yōu)先級最高的設備（數(shù)值越小越優(yōu)先）會被選舉為根橋。如果優(yōu)先級相同，則會比較MAC地址，MAC地址越小則越優(yōu)先。

（2）每個非根交換機選舉一個根端口。

非根交換機在選舉根端口時分別依據(jù)該端口的根路徑開銷、對端BID（Bridge ID）、對端PID（Port ID）和本端PID。

交換機的每個端口都有一個端口開銷（Port Cost）參數(shù)，此參數(shù)表示該端口在STP中的開銷值。默認情況下端口的開銷和端口的帶寬有關，帶寬越高，開銷越小。從一個非根橋到達根橋的路徑可能有多條，每一條路徑都有一個總的開銷值，此開銷值是該路徑上所有接收BPDU端口的端口開銷總和（即BPDU的入方向端口），稱為路徑開銷。非根橋通過對比多條路徑的路徑開銷，選出到達根橋的最短路徑，這條最短路徑的路徑開銷被稱為RPC（Root Path Cost，根路徑開銷），并生成無環(huán)樹狀網(wǎng)絡。根橋的根路徑開銷是0。

（3）每個網(wǎng)段選舉一個指定端口。

指定端口的選舉也是首先比較累計路徑開銷，累計路徑開銷最小的端口就是指定端口。如果累計路徑開銷相同，則比較端口所在交換機的橋ID，所在橋ID最小的端口被選舉為指定端口。如果通過累計路徑開銷和所在橋ID選舉不出來，則比較端口ID，端口ID最小的被選舉為指定端口。

（4）阻塞非根、非指定端口。

未被選舉為根端口或指定端口的端口為預備端口，將會被阻塞。

網(wǎng)絡收斂后，只有指定端口和根端口可以轉發(fā)數(shù)據(jù)。其他端口為預備端口，被阻塞，不能轉發(fā)數(shù)據(jù)，只能夠從所連網(wǎng)段的指定交換機接收到BPDU報文，并以此來監(jiān)視鏈路的狀態(tài)。

4. STP的端口角色和端口狀態(tài)

端口角色：根端口、指定端口、預備端口

端口狀態(tài)：

（1）Forwarding：轉發(fā)狀態(tài)。端口既可轉發(fā)用戶流量也可轉發(fā)BPDU報文，只有根端口或指定端口才能進入Forwarding狀態(tài)。

（2）Learning：學習狀態(tài)。端口可根據(jù)收到的用戶流量構建MAC地址表，但不轉發(fā)用戶流量。增加Learning狀態(tài)是為了防止臨時環(huán)路。

（3）Listening：偵聽狀態(tài)。端口可以轉發(fā)BPDU報文，但不能轉發(fā)用戶流量。

（4）Blocking：阻塞狀態(tài)。端口僅僅能接收并處理BPDU，不能轉發(fā)BPDU，也不能轉發(fā)用戶流量。此狀態(tài)是預備端口的最終狀態(tài)。

（5）Disabled：禁用狀態(tài)。端口既不處理和轉發(fā)BPDU報文，也不轉發(fā)用戶流量。

5. STP故障

（1）根橋故障

非根橋會在BPDU老化之后開始根橋的重新選舉。

根橋故障會導致50秒左右的恢復時間，恢復時間約等于Max Age（20s）加上兩倍的Forward Delay（15s）收斂時間。

（2）直連鏈路故障

SWB檢測到直連鏈路物理故障后，會將預備端口轉換為根端口。

SWB新的根端口會在30 秒（2倍的Forward Delay）后恢復到轉發(fā)狀態(tài)。

（3）非直連鏈路故障

非直連鏈路故障后，由于需要等待Max Age加上兩倍的Forward Delay時間，端口需要大約50秒才能恢復到轉發(fā)狀態(tài)。

二.RSTP

快速生成樹RSTP在STP基礎上進行了改進，實現(xiàn)了網(wǎng)絡拓撲快速收斂。

RSTP使用了Proposal/Agreement機制保證鏈路及時協(xié)商，從而有效避免收斂計時器在生成樹收斂前超時。如圖所示，在交換網(wǎng)絡中，P/A過程可以從根橋向下游級聯(lián)傳遞。

P/A機制中同步的作用是避免臨時環(huán)路的產(chǎn)生。

1. RSTP的端口角色

（1）根端口

（2）指定端口

（3）備份端口：Backup端口作為指定端口的備份，提供了另外一條從根橋到非根橋的備份鏈路。

（4）預備端口：Alternate端口作為根端口的備份端口，提供了從指定橋到根橋的另一條備份路徑。

（5）邊緣端口：RSTP里，位于網(wǎng)絡邊緣的指定端口被稱為邊緣端口。邊緣端口一般與用戶終端設備直接連接，不與任何交換設備連接。邊緣端口不接收配置BPDU報文，不參與RSTP運算，可以由Disabled狀態(tài)直接轉到Forwarding狀態(tài)，且不經(jīng)歷時延，就像在端口上將STP禁用了一樣。但是，一旦邊緣端口收到配置BPDU報文，就喪失了邊緣端口屬性，成為普通STP端口，并重新進行生成樹計算，從而引起網(wǎng)絡震蕩。

2. RSTP的端口狀態(tài)

RSTP把原來STP的5種端口狀態(tài)簡化成了3種。

（1）Discarding狀態(tài)，端口既不轉發(fā)用戶流量也不學習MAC地址。

（2）Learning狀態(tài)，端口不轉發(fā)用戶流量但是學習MAC地址。

（3）Forwarding狀態(tài)，端口既轉發(fā)用戶流量又學習MAC地址。

3. 保護功能

（1）根保護

根保護功能確保了根橋的指定端口不會因為一些網(wǎng)絡問題而改變端口角色。

（2）BPDU保護

配置BPDU保護功能后，如果邊緣端口收到BPDU報文，邊緣端口將會被立即關閉，并通知網(wǎng)管系統(tǒng)。被關閉的邊緣端口可配置成自動恢復或管理員手動恢復。

（3）環(huán)路保護

根端口如果長時間收不到來自上游的BPDU，則進入Discarding狀態(tài)，避免在網(wǎng)絡中形成環(huán)路。

三.MSTP

多生成樹協(xié)議MSTP兼容STP和RSTP，既可以快速收斂，又提供了數(shù)據(jù)轉發(fā)的多個冗余路徑，在數(shù)據(jù)轉發(fā)過程中實現(xiàn)VLAN數(shù)據(jù)的負載均衡。

1. 單生成樹的弊端

（1） 部分VLAN路徑不通

（2）無法實現(xiàn)流量分擔

（3）次優(yōu)二層路徑

2. 多生成樹實例解決單生成樹弊端

MSTP兼容STP和RSTP，既可以快速收斂，又提供了數(shù)據(jù)轉發(fā)的各個冗余路徑，在數(shù)據(jù)轉發(fā)過程中實現(xiàn)VLAN數(shù)據(jù)的負載均衡。

MST域內可以生成多棵生成樹，每棵生成樹都稱為一個MSTI。MSTI之間彼此獨立，且每個MSTI的計算過程基本與RSTP的計算過程相同。

每個MSTI（MST Instance）都有一個標識（MSTID），MSTID是一個兩字節(jié)的整數(shù)。VRP平臺支持16個MST Instance，MSTID取值范圍是0～15，默認所有VLAN映射到MST Instance 0。

VLAN映射表是MST域的屬性，它描述了VLAN和MSTI之間的映射關系，MSTI可以與一個或多個VLAN對應，但一個VLAN只能與一個MSTI對應。

審核編輯 ：李倩