生成树和交换的总结

生成树协议：

企业网三层架构---》冗余----》线路冗余---》二层桥接环路

导致问题：

1. 广播风暴
2. MAC地址表翻滚
3. 同一数据帧的重复拷贝
4. 以上3个条件最终导致设备工作过载，导致重启保护

生成树：在一个二层交换网络中，生成一棵树型结构，逻辑的阻塞部分接口，使得从根到所有的节点仅存在唯一的路径；当最佳路径故障时，自动打开部分阻塞端口，来实现线路备份的作用；

生成树在生成过程中，应该尽量的生成一棵星型结构，且最短路径树；

存在算法：  802.1D      PVST PVST+(CISCO)      RSTP(802.1w)      MSTP(802.1S)

一、802.1D   一个交换网络内仅存在一棵生成树实例；

交换机间使用BPDU—桥协议数据单元 – 交换机间沟通互动收发的数据

配置BPDU—只有根网桥可以发送，在交换网络初始状态时，所有交换机均定义本地为根网桥，进行BPDU的发送；使得网络中所有交换机均收到其他设备的BPDU，之后基于数据中的参数进行比对，选举出根网桥；再所有非根网桥不再发送BPDU，而是仅接收和转发根网桥的BPDU；周期2s发送，hold time 20s；

TCN—拓扑变更消息（也是BPDU）： 本地交换机链路故障后，STP重新收敛，为了快速刷新全网所有交换机的MAC表，将向本地所有STP接口发送TCN（标记位中的TCN位置1），邻居交换机收到TCN后，先标记为ACK位为回复，用于可靠传输消息；之后将TCN逐级转发到根网桥处，由根网桥回复TC消息来逐级回复到所有交换机；使所有交换机临时将MAC表的老换时间修改为15s（默认的，转发延时）

选举--- 根网桥    根端口     指定端口   非指定端口（阻塞端口）

根网桥 – 在一棵生成树实例中，有且仅有一台交换机为root；

BPDU中的 桥ID来决定

桥ID= 网桥优先级（0-65535公有） 默认32768 +  MAC地址（只有存在svi接口的交换机才拥有mac地址，若存在多个mac选数值最小）

根网桥的选举   先比较优先级，小优；   若优先级相同，比较mac，数值小优；

根端口—在每台非根网桥上，有且仅有一个接口；本地离根网桥最近的接口（最短、星型），接收来自根网桥的BPDU，转发用户的流量（该接口不阻塞）

规则：

1、比较从根网桥发出后，通过该接口进入时最小的cost值；

    2、入向cost值相同，比较该接口对端设备的BID，小优

    3、对端BID也相同，比较该接口对端设备的接口的PID；先优先级小，若优先级一致，编号小

    4、连对端PID也相同，比较本地PID，小优；

PID=端口ID   接口优先级（0-240，步长16，默认128）      接口编号

指定端口，在每一段存在STP的物理链路上，有且仅有一个；转发来自根网桥的BPDU，同时可以转发用户流量（不阻塞）；默认根网桥上所有接口为指定端口；

1、比较从根网桥发出后，通过该接口进入这段链路时的cost值最小（出向）

    2、若出向cost值相同，必须本地的BID，小优；

    3、本地BID相同，比较本地的PID；

    4、本地PID，相同，直接阻塞该端口；

非指定端口（阻塞端口）当以上所有角色全部选举完成后，剩余没有任何角色的接口为非指定；

 该接口逻辑阻塞，实际可以接收到信息，但不转发；

接口状态：

down：没有BPDU收发，一旦可以进行BPDU收发进入下一状态

侦听：强制15s；所有交换机进行BPDU收发，选举所有角色；接口角色为非指定端口直接进入阻塞状态；

      若为指定端口和根端口进入下一状态；

学习：强制15s； 指定端口和根端口学习所有接口连接设备的MAC地址，生成MAC表；之后进入下一状态；

转发：指端端口和根端口进入，可以转发用户报文；

阻塞：逻辑阻塞；

注：只有到接口进入到转发状态后，才能为用户转发数据报文，之前的30s不能转发任何数据；

二、PVST  cisco私有     基于vlan的生成树协议

在每个vlan内，存在一棵树，每个树的工作原理同802.1d一致；不同vlan的BPDU区别在于优先级；

优先级=4096倍数+vlan id   人为仅可修改4096倍数备份，且只能修改为4096的整倍

仅支持  trunk干道封装为ISL（cisco私有封装）

三、PVST +     在PVST的基础，兼容802.1q的trunk封装；且设计了部分的加速；

  端口加速（进入层连接用户的接口）      上行链路加速-针对直连检测      骨干加速—针对次优BPDU

缺点：1、收敛慢（加速不彻底）     2、树多（仅cisco存在单独的芯片，友商无法负荷）

四、快速生成树  

cisco的RSTP   ---    基于vlan的快速生成树  - 一个vlan一棵树    pvst+的升级

公有RSTP（802.1w） --- 整个交换网络一棵树                       802.1d的升级

快速的原理：

1. 取消了计时器，而是在一个状态工作完成后，直接进入下一状态；
2. 分段式同步，两台设备间逐级收敛；使用请求和同意标记；依赖标记位的第1和第6位
3. BPDU的保活为6s；hello time 2s；
4. 将端口加速（边缘接口）、上行链路加速、骨干加速集成了
5. 兼容802.1d和PVST，但802.1d和PVST没有使用标记位中的第1-6位，故不能快速收敛；因此如果网络中有一台设备不支持快速收敛，那么其他开启快速收敛的设备也不能快速；

当tcn消息出现时，不需要等待根网桥的BPDU，就可以刷新本地的cam表；

切记:接口默认为半双工时，即便允许RSTP，依然基于慢速的802.1D算法来收敛；

交换机的作用： 区别集线器（HUB），HUB为物理层设备，只能直接转发发电流；

交换机为数据链路层设备，可以将电流与二进制转换，实现了以下功能：

1. 无限的传输距离
2. 彻底解决了冲突—所有的接口可以同时收发数据
3. 二层单播—物理寻址，在一个交换网络内，实现一对一通讯，保障了数据的安全，减少了垃圾数据量，降低的转发延时；
4. 提高端口密度—可以增加更多的接口

三层架构：

接入层：提供端口的密度，用于用户终端的接入—二层交换机、AP

汇聚层（分布层）：流量的集合，DHCP/VLAN/STP/HSRP/VRRP/channel…

                 QOS/ACL

核心层：nat、高速路由转发

冗余—备份     线路、设备、网关、UPS（电源）

VLAN：虚拟局域网    二层交换与路由器（三层交换机）逻辑将一个广播域切分为多个；

配置思路：

1. 交换机上创建vlan
2. 交换机上各个接口划分到对应的vlan中
3. trunk干道
4. vlan间路由--- 单臂路由（路由器子接口）    三层交换机

交换机对流量的转发机制：流量进入交换机后，先识别数据帧中的源MAC地址，然后将该MAC地址与该流量的进入接口进行绑定、记录，生成MAC地址表---再转换为CAM表

之后查看数据帧中的目标MAC地址，在CAM表中寻找对应的记录，若存在记录，按记录接口单播转发；

若没有记录将洪泛该流量；   洪泛—除流量的入口外其他所有出口复制；

默认CAM在一个mac最后出现的后300s将被删除；

MAC地址表和CAM的区别--- CAM是将MAC表中的MAC地址+接口编号+vlanid转换为hash值，再转换为二进制格式；意义在于识别更快；

华为VLAN部分的接口模式讲解：

1. 只要流量进入华为的设备将马上打上标签；-- 华为设备内部转发的流量均存在标签
2. 华为设备交换机上所有的接口存在转发允许列表，只有被转发允许列表允许的流量，才能从该接口进入或转出；   
3. 从某个接口转出时，除查看允许列表外，还需要定义是否标记；
4. 若某个流量从交换机某个接口进入时，没有标签，将被标记上该接口pvlan id；
5. 若某个流量从交换机的某个接口进入时，存在标签，将匹配该接口的允许列表，若被允许可以进入，若未被允许将被丢弃；
6. PC若接收到存在标记的流量，将丢弃；

无论接口为任何模式，均匹配以上5条规则；