CISCO交換機STP實驗（生成樹協定）
目錄
一、前言：生成樹協定(STP)
計算機網路中，我們為了減少網路故障導致無法正常通訊的問題，通常會增加冗餘裝置作為備用，形成冗餘拓撲。但是也增加了冗餘鏈路，這樣卻會引起交換環路，造成通訊訊息迴圈傳送。交換環路會帶來三個問題：廣播風暴、同一幀的多個拷貝、交換機 CAM 表不穩定。
所以，STP(生成樹協定，Spanning Tree Protocol)就是解決冗餘拓撲出現的問題。STP 基本思路是阻斷一些交換機介面，構建一棵沒有環路的轉發樹，讓具有冗餘結構的網路在故障時自動調整網路的資料轉發路徑。STP 利用 BPDU(Bridge Protocol Data Unit)和其他交換機進行通訊，從而確定哪個交換機該阻斷哪個介面。
為了在網路中形成一個沒有環路的拓撲，網路中的交換機要進行以下三個步驟，BPDU 中的幾個關鍵欄位：選舉根橋、選取根口、選取指定口。這些步驟中，作為根橋的交換機取決於以下因素（按順序進行）：
（1） 最低的根橋 ID；
（2） 最低的根路徑代價；
（3） 最低傳送者橋 ID；
（4） 最低傳送者埠 ID。
現在瞭解基本的STP知識之後，下面將開始通過實驗感受STP的實際應用場景。
軟體平臺：Cisco Packet Tracer
綜合實踐題目：STP.pka已經上傳到CSDN，可下載實踐練習。
二、CISCO交換機STP命令彙總
| 命令 | 作用 |
| show spanning-tree | 檢視 STP 樹資訊 |
| spanning-tree vlan 1 priority 4096 | 設定 VLAN1 的橋優先順序 |
| spanning-tree portfast | 設定介面為 portfast，當有裝置接入時立即進入轉發狀態 |
| spanning-tree uplinkfast | 設定 uplinkfast 特性 |
| spanning-tree backbonefast | 設定 backbonefast 特性 |
| spanning-tree mode rapid-pvst | 把 STP 的執行模式設為 RSTP+PVST |
| spanning-tree link-type point-to-point | 把介面的鏈路型別改為對等 |
| spanning-tree mode mst | 把生成樹的模式改為 MST |
| spanning-tree mst configuration | 進入 MST 的設定模式 |
| name TEST-MST | 命名 MST 的名字 |
| revision 1 | 設定 MST 的 revision 號 |
| instance 1 vlan 1-2 | 把 VLAN 1 和 VLAN 2 的生成樹對映到範例 1 |
| spanning-tree guard root | 在介面上設定 root guard 特性 |
| spanning-tree bpduguard enable | 在介面上設定 bpduguard 特性 |
第一條命令在特權模式（enable）下執行，其他都是在設定模式（configure terminal）下。
這次實驗只涉及到第1、2條命令，為基礎運用。
show spanning-tree如下，可以看到交換機生成樹具體資訊，分為兩部分：根ID 和 橋ID.
Priority：優先順序（引數範圍：<0-61440>）
Address：交換機的Mac地址
Hello Time：傳送訊息時間間隔
三、運用STP搭建簡單拓撲
下面是一個最簡單的冗餘拓撲，可以看到，箭頭所指位置是不通的，這就是生成樹協定的作用，它阻塞了一條鏈路，避免形成交換環路。
現在我們看一下Switch0的STP情況：
Switch1的STP情況：
Switch0的f0/2介面阻塞，Switch0不是作為根橋。未進行設定預設情況下，結果如圖所示。
那麼，現在要將S0設定為根橋了，手動進行設定。操作就是將Priority設定為4096，前面提到BPDU決定根橋的因素之一。
命令：
spanning-tree vlan 1 priority 4096 
將S0優先順序設定之後，根橋變為S0，這時以S0向網路傳送封包。
四、實戰：STP綜合實驗
綜合實踐題目：STP.pka已經上傳到CSDN，可下載實踐練習。
這道題目上來就是IP地址分配，也許這是一個難點，而生成樹協定我們前面看到的只需一行設定搞定，相對簡單。
題目只給出IP地址空間為：10.1.1.0/24 ，這是關鍵突破口！
VLAN名稱、vlan號和所需主機IP地址對應如下：
| VLAN號 | 名稱 | 所需IP地址數 |
| vlan 5 | Management&Native | 10 |
| vlan 15 | Production | 100 |
| vlan 25 | Staff | 50 |
| vlan 35 | Guest | 20 |
給定地址空間10.1.1.0/24，根據IP地址數量，從多到少進行分配。
| IP地址數 | 主機位數 | 可用IP地址數 | 分配網段（子網掩碼） |
| 100 | 7位 | 126 | 10.1.1.128/25 |
| 50 | 6位 | 62 | 10.1.1.192/26 |
| 20 | 5位 | 30 | 10.1.1.224/27 |
| 10 | 4位元 | 14 | 10.1.1.240/28 |
問題來了，雖然得到了VLAN的網段，滿足IP地址數量要求，但是題目完全沒給出具體IP設定說明！
經過一段時間的探索，終於找到完全正確的地址分配，為每個裝置設定IP、預設閘道器、子網掩碼。具體設定就是，預設閘道器為取各自網段的可用IP第一個，PC、交換機Vlan的IP地址取可用IP地址的第二個。
理解如果還是不清楚，直接用下面我設定好的各裝置地址表。
現在解決了題目關鍵部分，後續就簡單了，直接按任務設定就可以。
其中，遇到一個任務：設定Vlan的預設閘道器，之前沒設定過，所以學習了一條設定命令。
交換機設定預設閘道器命令：
ip default-gateway 10.1.1.255完成任務過程，可以邊檢視進度情況，這是Cisco實驗練習題目的一個優點，可以實時檢查完成進度。完成率應該為 100%。若不是，則單擊 Check Results（檢查結果），瞭解哪些必需的元件尚未完成。
五、結語
STP(生成樹協定，Spanning Tree Protocol)就是解決冗餘拓撲出現的問題。STP 基本思路是阻斷一些交換機介面，構建一棵沒有環路的轉發樹，讓具有冗餘結構的網路在故障時自動調整網路的資料轉發路徑。本篇記錄學習計算機網路重點知識：生成樹協定(STP)，詳細步驟將從認識到實踐，使用Cisco Packet Tracer 完成STP綜合練習。同時，也更實際地學習IP地址分配，加深對IP地址的理解和應用。
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