【HCIP学习】RSTP和MSTP

一、RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol，快速生成树）

1、背景：RSTP从STP发展而来，具备STP的所有功能，可以兼容stp运行

2、RSTP与STP不同点

（1）减少端口状态

STP:disabled\blocking\listening\learning\forwarding

RSTP：

discarding：不发送配置BPDU，不进行MAC地址学习，不收发数据

learning：发送配置BPDU，进行MAC地址学习，不收发数据

forwarding：发送配置BPDU，进行MAC地址学习，收发数据

（2）增加端口角色

STP：指定端口、根端口、阻塞端口

RSTP:

根端口：

指定端口：

Alternate端口：替代端口，根端口的备份

Backup端口：备份端口，指定端口的备份

总结：有替代端口后，就算网络拓扑发生变化，也不会发生重新选举STP的情况，白白浪费30秒

（3）BPDU格式不同

RSTP中：

协议版本ID变为2；

BPDU type变为2；

使用了Flag字段的全部8位，而STP只使用了0号和7号两位；

增加version 1 length字段；（为了兼容STP）

（4）BPDU处理方式不同

每台交换机都能从指定端口发出RST BPDU，发送周期为hello time。不需要等待来自根桥的RST BPDU；

RST BPDU老化时间（max age）为3个连续的hello time时长；

阻塞状态收到低优先级RST BPDU的处理：会立即做出回应；

分析：当SWB和SWA的链路down时，SWB就暂时收不到来自根桥的RST BPDU，此时它认为自己是根桥。会向SWC发送RST BPDU告知自己是根桥，SWC收到后就很惊讶，明明根桥好着呢，然后会向SWB发送RST BPDU告知它，SWA是根桥。这就是阻塞状态收到低优先级RST BPDU的处理：会立即做出回应；

举例：相当于皇帝和太子的关系。有一天太子找不到皇帝了，就给大臣说

太子：皇帝不在了，现在我要登基了，我就是皇帝

大臣：听到后很惊讶，这皇帝不是好好的吗？得赶紧告诉太子这个消息。

（5）当网络拓扑发生变化时，RSTP可以更快地恢复网络连通性

3、RSTP的快速收敛机制

（1）边缘端口机制：

定义：直接和终端相连的端口

边缘端口可以直接进入转发状态，不需要延时，并不会触发拓扑改变，不会成环；

边缘端口收到BPDU后，会转变为非边缘端口，重新参与生成树计算；

（2）根端口的快速切换

根端口故障后，如果新的根端口对端的指定端口处于转发状态，则新的根端口立即进入转发状态，不需要向stp一样等30秒切换时间

过程：

网络收敛好后：（被阻塞的口是AP，根端口的替代端口）

当SWA和SWC之间的链路故障时：

（3）指定端口的快速切换--P/A机制

握手请求报文：proposal

握手回应报文：agreement

sw1新增链路或故障链路恢复，指定端口进入转发状态前，向对端sw2发送proposal报文（把P位置位为1的BPDU报文）；

sw2收到proposal报文后，立刻进行同步操作，即把除了边缘端口和收到p置位的BPDU报文端口外，其他所有端口阻塞掉，同时防止临时环路；

同步完成后，向对端sw1发送Agreement报文；

收到Agreement报文后，sw1的指定端口进入转发状态；

sw2上被同步阻塞的端口继续进行P/A流程，直至整个网络收敛

临时环路的产生：

分析：sw2收到proposal报文后，立刻进行同步操作，即把除了边缘端口和收到p位置的BPDU报文端口外，其他所有端口阻塞掉。如果不阻塞掉，假设SW3和SW1相连，会在物理上形成一个环路

注：根和指定端口的快速切换有一个共同点：根端口选举好后，会跳过listening和learning，直接进入forwarding

RSTP故障切换时间一般是1秒左右

4、RSTP拓扑改变机制

（1）STP与RSTP拓扑改变机制区别

STP需发TCN BDPU到根桥，由根桥发送TC置位的BPDU报文给其他交换机，而RSTP是直接发送TC置位的 BPDU报文给其他交换机；

收到TC置位的BPDU，RSTP清除其他所有端口学习的MAC地址，而stp是缩短老化时间；

（2）注意：由于每台交换机都可以主动发起RST BPDU,所以取消了TCN机制

5、RSTP和STP的兼容

RSTP端口连续三次收到版本为STP的BPDU，则端口协议直接切换到stp协议；

切换成STP协议的RSTP端口将丧失快速收敛特性；

出现stp与rstp混用的情况，建议将stp设备放在网络边缘；

运行stp协议网桥移除后，由RSTP模式切换到stp模式的端口仍将运行在stp模式；

6、基本配置

【h3c】stp global enable 全局模式下，开启STP功能

【H3c-ethernet0/1】undo stp enable 如果确定某个端口不会存在环路，就可关闭该接口的STP功能

【h3c】stp mode{stp|mstp|rstp|pvst} 配置生成树的模式

【H3c-ethernet0/1]stp edged-port 配置边缘端口

【H3c-ethernet0/1]stp cost cost值配置端口的COST值

【h3c】stp priority 优先级值

【h3c】stp pathcost-standard {dot1d-1998|dot1t|legacy} 改端口的开销标准

【h3c】stp timer hello 配置hello时间

hello time时间过长会造成，生成树计算消耗，对链路故障迟缓

hello time时间过短，会造成频繁发送配置消息，加重CPU和网络的负担

【h3c】stp timer max-age 时间

max age时间过长会造成，对链路故障迟缓,不能及时被发现；

max age时间过短会造成，在网络拥塞的时候交换机误认为链路故障，造成频繁的生成树重新计算；

【h3c】stp timer forward-delay 时间

时间过长会造成，生成树收敛太慢；

时间过短会造成，在拓扑改变的时候，引入暂时的路径环路；

二、MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol，多生成树协议）

1、MSTP产生的背景

STP与RSTP的局限：

两个都是单一生成树，所有VLAN共享一颗生成树，造成资源浪费；

无法实现不同VLAN在多条trunk链路上的负载分担；

2、定义：基于实例计算出多颗生成树，实例间实现负载分担

3、MSTP基本概念

MSTP分区域的好处：每个区域独立计算自己的生成树，减少网络拓扑层次，生成树计算时间大幅度缩短，方便每个区独立管理；

MST域：拥有相同MST配置标识的交换机构成的集合，划区域可加快收敛速度和方便管理，相同域的必要条件；

IST：内部生成树，默认存在，每个MST域独立计算的内部生成树实例

CST：公共生成树，默认存在。用来互联MST域的单生成树（把每个MST域作为一台交换机，计算出生成树实例）

CIST：公共内部生成树，默认存在。CST+每个域内部IST。

实例0：默认所有VLAN都映射在实例0

MST：手动创建的生成树实例，只在一个区域内有效

CIST域根：每个IST的根网桥

CIST总根：整个CIST的根网桥

master端口：CST的根端口，单域MSTP中不可能存在Master端口，多域MSTP中，根域不可能存在Master端口，其他域只有一个；

MSTP 与RSTP的端口角色一样，新增了一个master端口

思考：只有一个域，还存在master端口吗？

答案：不存在

4、MSTP的BPDU格式=RST BPDU+MST专有字段（了解）

5、MSTP计算过程（了解）

先选举总根，再选举域根；

CIST和MST的计算是同步进行的；

在对比优先级向量时，先对比外部向量，再对比内部向量；

MSTP计算结果

6、MSTP中的P|A机制

上游桥发送proposal BPDU中，P、A标志位都置为1；

下游收到P标志位和A标志位的proposal BPDU，再将端口同步后会回应Agreement BPDU,此时A标志位为1，使得上游的定端口快速进入转发状态

特殊情况：SW1给SW2发送 P置位的BPDU，但SW2只认识P、A都置位的BPDU，所以这种情况下P/A机制失败了。失去了快速收敛的特性，只能通过30秒STP计算收敛网络。

解决RSTP和MSTP的P/A机制不兼容问题：

7、MSTP兼容性

当上游交换机是RSTP（根桥），当RSTP做快速转发时，只能发送P置位为1的BPDU报文，而下游的MSTP收到后，不会有任何反应，因为MSTP需要p|A双置位，会导致上游交换机收不到回复，不能进行P|A机制，不能快速收敛，只能等30秒收敛；

解决MSTP与RSTP兼容性用此命令：在下游设备设置【sw1-ethernet0/1】stp no-agreement-check；

【sw1-ethernet0/1】stp compliance{auto|dot1s|legacy} 配置MSTP的兼容性

auto 自动识别

dot1s 标椎格式

Legacy 与非标准格式兼容的格式

摘要侦听：

全局开启：[h3c]stp config-digest-snooping

端口开启：[h3c-ethernet1/0/1]stp config-digest-snooping

其他厂商设备可能用私有秘钥计算配置摘要

开启摘要侦听使设备不再对比配置摘要，但会导致，只要域名和修订级别一致，VLAN映射关系不一致，也能属于同一个域

三、STP保护机制

1、BPDU保护：

针对边缘端口的保护：

技术背景：若边缘端口收到配置消息，将会转变为非边缘端口新参与生成树计算；使用pc伪造的BPDU报文恶意攻击，将导致频繁参与生成树计算，导致网络不稳定。

措施：启动BPDU保护功能后，如果边缘端口收到了配置消息，MSTP就将这些端口自动关闭。

配置命令：

[sw1]stp bpdu-protection

[sw1-ethernet1/0/1]stp edged-port

2、根桥保护：

技术背景：合法根桥收到优先级更高的BPDU，将失去根桥的角色，并重新引起STP计算

解决方案：设置根桥保护端口，一旦收到优先级更高的BPDU，则立刻将端口设置为lestening状态，不再转发。

配置命令:[sw1-ethernet1/0/1]stp root-protection

3、环路保护：

技术背景：环形链路拥塞，导致没及时收到BPDU，从而重新计算STP、开启阻塞端口，形成逻辑环路

解决方案：配置环路保护端口，当接受不到对端交换机的BPDU时，若端口参与了STP计算，则该端口进入discarding状态。

配置命令：[sw1-ethernet1/0/1]stp loop-protection

4、TC保护：

技术背景：在有伪造的TC BPDU报文恶意攻击设备时，设备短时间会收到很多TC BPDU报文，频繁的删除操作会给设备带来很大负担，给网络的稳定带来很大隐患。

解决方案：

设置设备在收到TC BPDU报文后的10秒内，记性地址表项删除操作的最大次数；

监控在该时间内收到的TC BPDU报文树是否大于门限值；

配置命令:

[sw1]stp tc-protection

[sw1]stp tc-protection threshold 数目