📘 生成树协议 STP / RSTP / MSTP

✅ 一、引言与背景

🎯 环路的危害：

• 冗余链路提升可靠性，但易造成二层环路。

• 引发问题包括：

  • 广播风暴（Broadcast Storm）
  • MAC地址漂移
  • 网络收敛失败与设备宕机

🛠 解决方案：生成树协议（STP）

• 自动识别拓扑中的环路并阻塞冗余端口 → 构建树型无环结构；
• RSTP：快速收敛版本；
• MSTP/VBST：解决VLAN负载均衡问题。

✅ 二、STP 基本概念与核心机制

📐 BPDU 比较优先级：

1. 根桥 ID 最小
2. RPC 最小
3. 网桥 ID 最小
4. 端口 ID 最小

✅ 三、STP 拓扑计算流程（四步）

✅ 四、STP 接口状态五种（+ 迁移流程）

📶 典型收敛延迟：Listening（15s）+ Learning（15s）= 30s

✅ 五、RSTP 改进点（IEEE 802.1w）

✅ 六、MSTP 与 VBST 多生成树机制

✅ MSTP术语：

• MSTI（MST实例）：多个 VLAN 的集合
• CIST：兼容其他 STP 协议的统一树
• 优点：节省资源 / 支持分担链路负载 / 提高效率

✅ 七、STP 配置命令（华为）

# 启用 STP
[Huawei] stp enable

# 设置工作模式：stp / rstp / mstp
[Huawei] stp mode rstp

# 设置为根桥 / 备份根桥
[Huawei] stp root primary
[Huawei] stp root secondary

# 自定义桥优先级（数值越小越优先）
[Huawei] stp priority 0

# 修改接口cost与port优先级
[Huawei-GE0/0/1] stp cost 20
[Huawei-GE0/0/1] stp priority 128

✅ 八、典型案例分析

案例：三交换机组网 STP消除环路

# SW1：设为根桥
[SW1] stp enable
[SW1] stp priority 0

# SW2：正常启用
[SW2] stp enable

# SW3：查看状态
<SW3> display stp brief

结果：SW3 的 GE0/0/22 显示为 ALTE DISCARDING，即阻塞状态。

✅ 九、拓扑变化响应机制

✅ 十、本章总结要点

🧪 生成树协议（STP/RSTP/MSTP）

✅ 一、选择题（每题2分）

1. 以下哪个不是生成树协议的主要目的？
   A. 防止二层环路
   B. 实现VLAN间通信
   C. 减少广播风暴
   D. 维护无环拓扑结构
   ✅ **答案：B**

2. 在STP中，用于选举根桥的字段是：
   A. MAC地址
   B. 路由ID
   C. Bridge ID（BID）
   D. 优先级值
   ✅ **答案：C**

3. STP中阻止环路的具体机制是：
   A. IP黑名单过滤
   B. 封堵广播帧
   C. 阻塞部分交换端口
   D. 阻止ARP请求
   ✅ **答案：C**

4. RSTP协议相较STP最大的优势是：
   A. 使用静态路径
   B. 更低的成本值
   C. 支持链路聚合
   D. 更快的收敛速度
   ✅ **答案：D**

5. 在MSTP中，不同VLAN之间的流量是如何控制的？
   A. 全部映射到默认VLAN
   B. 通过三层设备转发
   C. 被映射到多个实例实现负载均衡
   D. 阻止不同实例间通信
   ✅ **答案：C**

✅ 二、判断题（每题1分）

1.（✔）BPDU是交换机用于生成树信息交换的协议数据单元。
2.（✘）STP中所有端口最终都会进入转发状态。
3.（✔）RSTP将端口状态简化为三种。
4.（✔）MSTP可以将多个VLAN映射到同一个生成树实例。
5.（✘）RSTP无法与传统STP设备兼容。

✅ 三、简答题（每题5分）

1. 简述STP协议的基本工作流程。
   参考答案：

   • 各交换机发送BPDU广播自己的BID；
   • 选出根桥后，其它交换机计算到根桥的最短路径；
   • 每个非根桥选一个根端口（Root Port）；
   • 每段链路选出指定端口（Designated Port）；
   • 其余端口阻塞，形成无环拓扑。

2. RSTP相较STP的主要改进有哪些？
   参考答案：

   • 快速收敛（可秒级切换）；
   • 增加Alternate/Backup端口角色；
   • 状态简化为三种：Discarding、Learning、Forwarding；
   • 支持边缘端口直接进入转发状态；
   • 配置BPDU为点对点双向握手，提高响应效率。

3. 什么是MSTP？它如何解决VLAN负载均衡问题？
   参考答案：

   • MSTP为IEEE 802.1s标准，可将多个VLAN映射到一个生成树实例；
   • 每个实例独立计算生成树拓扑；
   • 不同实例可以使用不同链路进行转发，实现链路负载分担；
   • 避免传统STP所有VLAN共用一棵树带来的单点瓶颈问题。

✅ 四、图解题（每题10分）

题目：

> 网络拓扑如图：三台交换机 SW1、SW2、SW3 形成一个环，连接如下：
>
> * SW1与SW2连接 GE0/0/1
> * SW2与SW3连接 GE0/0/2
> * SW3与SW1连接 GE0/0/3
> * SW1设为根桥
>   请标注各个端口角色，并指出哪条链路会被阻塞。

参考答案：

• SW1：

  • 所有端口为 Designated Port（DP）

• SW2：

  • 到SW1最近端口为 Root Port（RP）
  • 向SW3方向端口为 Designated Port

• SW3：

  • 向SW1方向端口为 Root Port
  • 向SW2方向端口为 Alternate → 阻塞端口

阻塞端口为SW3 → SW2方向的接口，用于打破环路。

✅ 五、思考题解析

❶ 为什么生成树协议会造成收敛慢？RSTP如何解决？

✅ 解答：

• 原因：

  • STP中端口需要经过 Listening（15s）→ Learning（15s）才能进入 Forwarding 状态；
  • 遇到链路故障时需等待超时才能重新收敛。

• RSTP解决方法：

  • 使用点对点握手机制加快端口状态转换；
  • 新增Alternate、Backup端口，在主链路断开时快速切换；
  • 边缘端口可立即进入转发状态，无需等待。

❷ 如何在企业网络中实现VLAN与生成树之间的负载均衡？

✅ 解答：

• 通过 MSTP 协议：

  • 将不同的 VLAN 映射到不同的 MST 实例；
  • 每个实例独立形成一棵生成树；
  • 配置每棵树的根桥不同，形成主干链路分担；
  • 达到 VLAN 流量在不同链路上进行转发的目的。