利用生成樹建立網絡

網管人員在進行網路規劃時，為避免線路故障而引起的IT服務中斷，一般都會考慮線路冗余的問題，以下面的網絡簡要圖為例，這種網絡考慮了備援的問題，但產生了循環，我們來分析一下這樣的網路會存在什么樣的問題。

網絡拓撲圖如圖1所示，如果PC1發出一個廣播封包，我們知道交換機收到廣播封包后會無條件幫忙轉發出去，所以switch1會將廣播封包分別送給switch2和 switch3， 而 switch2、switch3收到廣播封包后又會再廣播出去，如此，switch2收到switch1的廣播封包后會向switch3轉發，而switch3收到switch1的廣播封包后會向switch2轉發，switch2收到switch3的廣播封包后又會向switch1和PC1轉發，經過一輪封包傳播，廣播封包又回到switch1，這樣周而復始，很快整個網絡都會充塞著大量的廣播封包，而且數量會越來越多，形成廣播風暴。

圖1 網絡拓撲圖

從圖中可見，產生廣播風暴的原因主要是因為要考慮線路備援，從而產生了循環，有什么方法可以解決這個問題呢？既然廣播風暴是由于網路存在循環而造成的，那我們只要把網絡中某些端口關掉以打消循環。

以圖1的架構為例，如果把3個交換機其中一個端口關掉不用，就可以打消循環，但網絡就失去了備援，這種解決方法不是我們希望的，所以要考慮的是，如何才能做到既有冗余但又不造成循環問題呢？

我們可以突發奇想，如果交換機上的一個端口不是物理被關掉，而只是邏輯上被封鎖掉，一旦交換機上其他鏈路或者端口發生問題時就喚醒這個端口幫忙轉發數據，這樣一來就能解決循環，也能照顧好備援的問題，這就是STP協議要做的事。

總的來說，STP是當網絡架構存在循環時，交換機間會使用STP的機制溝通哪些端口要幫忙傳送數據，哪些端口則邏輯上被封鎖起來。

交換機中的STP功能預設是開啟的，因此一般而言，網管人員不太需要擔心接駁交換機時會產生循環的問題，因為即使有循環線路，交換機之間預設會互相發送BPDU的STP封包來協商把某些端口封鎖掉，以解決循環的問題。本文會對STP技術進行講解。

依然以圖1為例，三臺交換機之間會互相傳送BPDU封包來交換STP數據，經過協商后，決定將switch3的fa0/2接口封鎖掉，作為網管人員需要了解和掌握STP封鎖端口的機制，也就是STP為什么會選擇這個端口來封鎖。

第一，在循環的網路中，會有一個交換機作為根橋(root bridge)，所 以 首 先要在網絡中選擇一臺root bridge，root bridge是通過比較交換機中的BID來選的，每臺交換機都有一個BID，BID由兩部分組成，一部分是priority，另一部分是macaddress。

擁有最小的BID的交換機會成為root bridge，我們可以使用以下指令來查找到3個交換機的BID信息,如表1所示。

圖2 網絡拓撲圖

以switch2為 例，輸入show spannin-tree的指令可以查看到這臺交換機的BID信息，分別是priority32768(預 設的priority值)以及交換 機 的mac-address是0001.97E5.3569。

經過查詢每一臺switch，我們可以得到如下信息：交換機S1的priority32768，macaddress0060.47B3.5509，交 換 機S2的priority32768，macaddress0001.97E5.3569，交換 機 S3的priority32768，mac-address0060.702E.D516。

表1 查看BID指令

因為3臺交換機priority都用了預設的32768，所以只能比誰的mac-address最小，最小mac-address的交換機會成為 root bridge，不 難看出，switch2會成為root bridge，有了這些信息，我們更新了網絡拓撲架構圖，如圖2所示。

第 二，在root bridge確定后，接下來就到端口的角色問題了，端口的角色有三種，分別是根端口（root port，簡寫為 RP）、指定端口（designated port ，簡 稱DP）以及非指定端口（nondesignated port，簡 稱NDP），所有的端口都必須是這三種角色之一，判斷端口角色使用以下法則：

(1) 根 端 口RP：非root bridge交換機到root bridge交換機的最小路徑成本的端口，如果2個端口成本一樣，則對比各自端口的上一個交換機的BID或者端口ID(port-id)。

這里提到的路徑成本與線路的帶寬有關，每種帶寬對應著一個成本，這里只舉出常用的幾個帶寬成本供計算：帶寬10M，路徑成本100。帶寬100M，路徑成本19。帶寬1GB，路徑成本4。

(2) 指定端口 DP：以路徑成本與BID來決定，每一個網段只會有一個DP，root bridge的端口都是DP。

(3) 非指定端口NDP：無法成為RP或者DP的端口會成為NDP，NDP會被邏輯上封鎖起來，從而避免網絡產生循環。

有了這些判斷端口角色的方法，我們就可以來試一下判斷架構圖中每個端口的角色了。

第一，首先判斷RP，由于網絡中使用的都是100M的帶寬線路，所以每條路徑的成本都一樣，都是19，switch1到root bridge的端口有兩個，分別是fa0/1和fa0/2，fa0/1到root bridge的成本 是 19，而 fa0/2到 root bridge的成本是38，根據原則，fa0/1成為RP，同理，switch 3的fa0/1也會成為RP。

第二，根據同一個網絡只會有一個DP以及root bridge的端口一定是DP的原則，root bridge (switch 2)的fa0/1和fa0/2都是DP，剩下的就是switch1的fa0/2和switch3的fa0/2還沒有角色。

圖3 網絡拓撲圖

一般我們可以先假設2個端口都是DP，而根據一個網絡只有一個DP的原則，兩個端口只會有1個是DP。

判斷原則是交換機到root bridge的成本，成本小的成為DP，如果成本一樣，就比較2個交換機的BID，小的勝出成為DP，由于switch1和switch3去root bridge的最小成本一樣都是19，只能比較各自的BID，從BID可以判斷出switch1比較小。

所 以switch1上 的fa0/2端口會成為DP，由于switch3的fa0/2端口既不是RP，也不是DP，就會成為NDP被邏輯上封鎖起來，所以為了避免循環問題，交換機之間STP溝通的結果就是把switch3的fa0/2封鎖起來，有了這些信息，再更新一下網絡架構圖，如圖3所示。

了解了STP的運作機制之后，就要對STP的部分問題作一些講解以及如何解決這些問題。

(1)S T P的r o o t bridge會承受網絡當中大量的流量，所以一般來說，會選擇性能較佳的交換機作為root bridge，但在預設的情況下，由于priority一樣，所以會選擇mac-address最小的來當root bridge。

一般來說，mac-address比較小的交換機由于生產日期較遠，性能一般會比macaddress大的差，但根據STP的選擇root bridge機制，恰恰是把mac-address小的選作root bridge，有點不符合當作root bridge的要求，因此，我們需要手動選擇性能較好的交換機當作root bridge。

我們已經知道，選root bridge要 從BID入 手，而BID又 分為priority和mac-address，mac-address網管人員無法改變，所以要手動選擇root bridge只能從priority入手，我們只要把希望充當root bridge的交換機的priority設成最小的就可以了。

假設我們希望switch1成 為root bridge，那么我們只要在switch1輸入如表2指令就可以了。

由于交換機的BID數據有變動，所以交換機之間又會通過BPDU封包來重新協商誰是root bridge以及重新決定端口的角色。協商好后的網絡架構應該改變如圖4所示。

由 于 s w i t c h 1的priority改動了，所以會重新選擇root bridge，端口的角色也會重新協商，現在被邏輯上封鎖掉的端口是switch3上 面 fa0/1（作 為NDP）。

除了手動調整priority的數值可以改變root bridge以外，也可以通過表3的指令指定switch1為root bridge。

圖4 網絡拓撲圖

(2) STP的存在是擔心網絡存在循環而造成廣播風暴等問題，所以交換機上的每個端口預設都會啟動STP的。

這也意味著，當交換機上任何一個端口由down變up或者由up變down都可能會造成網絡的變化。

所以任何一個端口有異動即使接上的是計算機等不會影響STP架構的終端設備都需要重新計算rootbridge以及端口角色，計算時間大概是30秒鐘。

表2 指令列表

表3 指令列表

而這30秒鐘的等待實在沒有必要，所以我們可以在交換機的端口上設定portfast功能，使得該端口即使有變動也不需要計算STP，直接跳過STP計算，具體的設定如下：指令Switch1(config-if)#spanning-tree portfast，說明在界面模式下作設定。

設定好之后，這個端口的狀態即使有變動，也不會計算STP，省去了大約30秒的等待時間，提高網絡收斂的速度和效率。

STP在網絡架構和規劃中有重要意義，了解STP的整體運作機制和原理有助于網管人員優化網絡架構，建立高效的網絡辦公環境。