企業三層架構、冗餘、STP生成樹協議總結
總結
1.企業三層架構
2. 冗餘（線路冗餘+裝置冗餘）
3. STP生成樹協議：IEEE802.1D，PVST+，802.1W，RSTP（rpvst），802.1S（MST）
企業三層架構（內網結構）
接入層： 常使用二層交換機，就近提供介面密度，用於使用者的接入
匯聚層（分佈層）： 集合所有接入層流量（星型），對流量實施管理和策略
核心層： 路由轉發，高速轉發，nat，QOS
最標準的三層架構，路由器分三層，交換機分三層：
中小型企業最常見的三層架構：
路由器連線ISP（另一臺也連線ISP備份）
BCMSN-----交換技術主要應用於匯聚和接入層；-----
VLAN/TRUNK/VTP/DTP/STP/CHANNEL/HSRP…/VPC等
三層架構中最重要的思想為冗餘（備份）
線路冗餘
裝置冗餘
閘道器冗餘
UPS（電源冗餘）
一、線路冗餘：
一旦在交換機上使用鏈路冗餘，那麼將出現二層的橋接環路；因為CAM是流量觸發交換機生成的，該表預設並沒有被管理；
只要路由表不成環路，就不會成環，交換機只要連線成環路，就成環。
二層橋接環路導致的問題：
1）廣播風暴
2）CAM表記錄翻滾
CAM表生成後會儲存300秒，5分鐘之後表會重新整理，重新整理是指最後一次有A的流量上來，超時更新；換介面後觸發實時重新整理，觸發更新。
3）重複拷貝同一個資料幀
STP：生成樹協議-----樹根裝置到每臺交換機僅存在一條鏈路（最佳）；邏輯的阻塞部分介面；
當最佳路徑故障時，阻塞埠被開啟，來恢復通訊；
STP：【1】IEEE802.1D
交換機間溝通時使用的資料幀-----BPDU橋協議資料單元-----跨層封裝到二層；
BPDU資料幀預設不屬於任何一個vlan，故在存在vlan的裝置上，該資料幀基於native vlan傳送；
3類BPDU：
1）配置BPDU-----拓撲收斂完成後，僅根網橋週期（2s）傳送；在沒有跟網橋的時候，所有裝置均傳送BPDU，然後選出根網橋；
2）TCN-----拓撲變更訊息-----包中不包含任何具體資訊，也不會導致網路重新收斂；
當一臺交換機的阻塞埠鏈路被斷開，那麼將標記位flag中的第七位置1，表示拓撲已經改變，該BPDU將傳送到根網橋處，根網橋使用標記位第0位，來表示確認；若沒有收到ack，那麼2s週期傳送TCN；根網橋在確認後，將使用BPDU告訴所有的非根網橋，重新整理cam表；
預設cam的儲存週期為300s；
3）次優BPDU-----非根網橋上的根埠斷開-----接收不到根網橋的BPDU了，同時本地斷開的也不是阻塞埠；那麼本地將自己定義為根網橋，發出BPDU，由於該BPDU次於根網橋的，故稱為次優BPDU；
總結：根網橋發配置BPDU，包含拓撲資訊
非根網橋的阻塞埠被斷開，但依然可以與根網橋溝通，那麼傳送TCN，不包含拓撲資訊，不會使網路重新收斂。
非根網橋上斷開了根埠後，若不能再與根網橋溝通，將本地定義為根網橋傳送次優BPDU，包含本地的拓撲資訊-----也是配置BPDU，但不是根網橋的。
802.1D演算法需要在整個拓撲中，選擇4種角色：
1. 根網橋（一臺交換機）
2. 根埠-RP
3. 指定埠-DP
4. 非指定埠（阻塞埠）-NDP
選舉根網橋：
開始整個交換網路沒有根網橋，所有裝置均認為本地為根網橋，傳送本地BPDU；
當收集到整個交換網路的BPDU後，根網橋被選；之後由根網橋基於所有的BPDU，生成拓撲，使用配置BPDU來告知其他的交換機；
-
根網橋是整個交換網路的中心；通過BPDU來控制整個網路收斂。
選舉條件-----協議ID-----BID（橋ID）=網橋優先順序+mac地址
網橋優先順序-----0-65535 預設32768
MAC地址-----正常的透明交換機不擁有mac地址，不能實現STP技術
非透明交換存在-----SVI介面，出廠將被燒錄mac地址；若有多個，將選擇數字最小的來參選。
選舉規則：先比較優先順序，數值小優； 若優先順序一致，比較MAC地址，數值小優。 -
**根埠-----每臺非根網橋上，有且僅有一個；**離根網橋最近的介面，接收來自根網橋的BPDU；並且可以正常轉發使用者的資料流-----非阻塞；
1）比較從該介面進入時的cost值，小優；
2）若介面cost值相同，比較介面上級裝置的BID，BID最小裝置對應的介面為根埠，因為該裝置為備份根網橋；
3）再比較上級裝置的PID：埠ID，由優先順序+介面編號構成
優先順序 0-255 預設為128； 先比較優先順序，小優；再比較介面編號，小優；
4）若以上引數全部一致，比較本地的PID；小優；
- 指定埠-----每條鏈路上有且僅有一個；
轉發來自根網橋的BPDU，根網橋上全部為指定埠，根埠的對端一定是指定埠；
1）比較從根網橋發出的BPDU，通過該埠向外（出向）轉發時消耗的cost值，小優；
2）若出向cost值相同，比較本地的BID，小優；
3）本地BID相同，比較本地的PID，小優；
4）本地PID相同，直接阻塞該埠；
4. 非指定埠-----NDP-----阻塞埠；
以上所有角色選舉完成後，剩餘的全部介面為非指定；其狀態為阻塞；
注：阻塞埠並不是關閉介面，依然可以接收到資料幀，但不轉發資料幀；可以正常識別BPDU；
Cost值：cost值是在進入交換機時，才疊加該段鏈路的開銷；
鏈路頻寬為10M =Cost值為 100
100M =19
1000M=4
10000M=2
.>10000M=1
注：生成樹協議，cisco產品預設執行，個別廠商需要手工開啟-例：H3C
一旦執行將自動選擇出所有的角色，當預設可能不是最佳結構，需要管理員手工干預，尤其根網橋一定放置在匯聚層；
{2} 802.1D的埠狀態
Down-----介面指示燈未亮（模擬器為紅色），介面未工作；
偵聽-----（15s） 介面指示燈為橙色，各臺交換機收發BPDU，選舉出各種角色；
學習-----（15s） 介面指示燈為橙色，交換機上的各個未阻塞介面學習各個使用者的MAC地址，生成cam表；
轉發-----介面指示燈為綠色，指定埠和根埠在學習狀態完成後進入-----轉發使用者流量；
阻塞-----介面指示燈為橙色，非指定埠在偵聽完成後就進入；
結論：802.1D必須在指示燈為綠色時，才開始轉發使用者流量；
{3} 802.1D演算法的收斂時間
1.初次收斂為30s
2.結構變化
1）存在直連檢測-----本地的根埠斷開後，之後僅有一條阻塞埠連線於其他交換機；本地不能發出TCN，也發不出次優BPDU；那麼只能本地的阻塞埠進行收斂-----30s
本地的根埠斷開後，該阻塞埠立刻進行15s偵聽+15s學習
2）沒有直連檢測-----本地根埠斷開後，可以向其他交換機的阻塞埠傳送次優BPDU；對端交換機在收到次優BPDU後，將忽略該資料幀，而是進行20s hold time；之後再收斂該介面-----20s hold time+30s收斂=50s
20s hold time+30s收斂=50s
802.1d演算法的缺點：
4. 收斂速度慢
5. 鏈路利用率低-----備份鏈路正常始終不工作
【2】PVST cisco私有-----基於vlan的生成樹
1）每個vlan一棵生成樹；因為cisco存在獨立的vlan執行晶片，故可以支援很多的樹；
每棵獨立的樹，依然使用802.1d演算法收斂；
2）不同vlan的網橋優先順序不同，優先順序=32768+vlan id；人為可修改32768的部分，且只能以4096的倍數來進行修改；
切記：一臺裝置若希望加入某棵vlan的樹，條件是該交換機存在該vlan；該交換機存在該vlan的活動介面或者存在trunk幹道；
缺點：
1.私有
2. 樹多較難管理
3. 收斂慢
4. Trunk幹道僅支援ISL封裝
【3】PVST+ 中低端cisco交換機預設執行的協議；
在PVST的基礎上進行了部分的升級優化：
1.相容802.1q trunk幹道封裝
2. 可以做部分的加速優化
干涉選舉的命令：
Switch(config)#spanning-tree vlan 2 priority 28672 修改裝置的網橋優先順序
本地成為vlan1的主根，vlan2的備份根；建議在兩臺匯聚層裝置上分流，互為備份；不一定生效-----主根的意思是自動降低本地2個4096優先順序，備份降1個；
sw1(config)#spanning-tree vlan 1 root primary
sw1(config)#spanning-tree vlan 2 root secondary
修改介面優先順序或介面cost值
CORE(config)#interface f0/1
CORE(config-if)#spanning-tree vlan 1 ?
cost Change an interface’s per VLAN spanning tree path cost
port-priority Change an interface’s spanning tree port priority
2.部分加速
1）埠加速
sw1(config)#interface f0/7
sw1(config-if)#spanning-tree portfast 用於連線使用者的介面；
跳過生成樹選舉，直接進入轉發狀態；切記不得配置於連線trunk幹道的介面；
sw1(config-if-range)#switchport host 將介面定義為主機介面-----連線PC的介面
修改模式為access，開啟portfast
2）上行鏈路加速-----僅用於接入層裝置
在裝置上執行上行鏈路加速後，若該裝置滿足直連檢測條件；那麼將阻塞埠直接變為根埠，進入轉發狀態；
CORE(config)#spanning-tree uplinkfast
注：開啟後，該交換機的網橋優先順序和cost值將倍增，迫使該裝置在預設情況下不會成為根網橋，且阻塞埠處於該裝置，故該命令只敢在接入層裝置配置。
3）骨幹加速-----所有交換機
若一個阻塞埠收到次優BPDU時，將20s hold time+30s收斂，開啟骨幹加速後，省略20s的hold time。
優點：
- 一個vlan一棵樹，提高鏈路的利用率
- 部分加速
- 相容802.1q
缺點：
- 樹多，不好管理
- 加速不夠徹底
【4】RSTP-RPVST（快速的PVST協議） cisco私有
公有組織802.1w（802.1D的快速版）
RSTP與802.1w的區別：
兩種協議，均為快速收斂，在1-2s內完成收斂，提速的原理一致
RSTP: Cisco有基於vlan的運算晶片，故RSTP依然是一個vlan一棵樹。
802.1W: 802.1w是整個交換網路一棵樹。
快速的原理：
- 取消了計時器，而是在一個狀態工作完成後，直接進入下一狀態；
- 分段式同步，兩臺裝置間逐級收斂；使用請求和同意標記；依賴標記位的第1和第6位；
- BPDU的保活為6s；hello time為2s；
- 將埠加速（邊緣介面）、上行鏈路加速、骨幹加速集成了；
- 相容802.1d和PVST，但802.1d和PVST沒有使用標記位中的第1-6位，故不能快速收斂；因此如果網路中有一臺裝置不支援快速收斂，那麼其他開啟快速收斂的裝置也不能快速；
- 當TCN訊息出現時，不需要等待根網橋的BPDU，就可以重新整理本地的cam表；
狀態變化：將阻塞狀態和偵聽狀態，合為丟棄狀態。
角色變化：將非指定埠為分為AP（替代介面）和BP（備份介面）。
無論AP還是BP其實就是802.1D中的阻塞埠，AP為對端裝置，BP為本端裝置。
啟動快速生成樹，所有交換機需全部啟動
sw1(config)#spanning-tree mode rapid-pvst
注：所有干涉選舉的命令和pvst+一致
切記：
預設介面為半雙工（10M）時，介面型別為共享；全雙工時為點到點；
共享型介面依然執行慢速生成樹；只有點到點介面可以快速；
故建議將共享型介面修改為點到點型；
sw1(config)#interface range ethernet 0/0 -1
sw1(config-if-range)#spanning-tree link-type point-to-point