生成树与端口聚合，用实验给你安排的明明白白！
来源：网络技术联盟站
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交换机(Switch)是一种用于电信号转发的网络设备，它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路，最常见的交换机是以太网交换机，其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等，交换机是集线器的升级替代产品，理论上讲交换机就是按照通信两端传输信息的需求，将需要的信息发送到目标设备上的网络组件.
文字描述，摘抄自《网络设备配置与管理》精简内容，部分内容来自华为《HCIP 安全认证》课程笔记，适合学习面试，其中的架构图，与搭建流程为自己规划并实验的。
STP 技术简介
冗余技术概述
冗余技术又称为储备技术，是利用并联模型来提高网络可靠性的一种手段，它通过向网络中增加备用的链路，当一条通信信道出现故障时，自动切换到备用的通信信道，从而提高网络的稳定性和可靠性.
冗余技术虽然可以提高网络的稳定性和可靠性，但是也会产生许多的问题，如果两个交换机相连的话会造成交换机环路，出现的问题就是随机出现网络不通的现象，严重的话还会导致网络广播风暴，重复拷贝帧，MAC地址表不稳地等情况，但如果是智能交换机的话则不会出现此种情况，以下将分别介绍这几种环路的基本原理.
广播风暴: 在物理网络中出现环路现象，且没有采取解决措施的情况下，一旦域内有某个主机发送了广播帧，则当域内的交换机接收到数据后，就会不停的发送和转发广播帧，从而形成网络广播风暴，网络广播风暴会长时间占用网络带宽，和交换机CPU资源，影响网络性能，甚至引起整个网络瘫痪.
重复拷贝帧: 重复拷贝帧也称多帧复制，是指单播帧可能被多次复制传送到目标主机上去，此时数据帧的多个副本会保存在目标主机上，从而造成主机资源的浪费，甚至会造成目的主机无法选择其他来源的数据帧而导致数据丢失，简单的来讲就是数据分别从两个口进入了目的主机，导致目的主机MAC地址表中存在多个数据帧，有时还会导致数据的多次覆盖，从而无法接收到准确的数据.
MAC地址表不稳定: 一般情况下交换机接收到数据时，会将接收数据帧的端口与发送主机MAC地址的对应关系添加到本机的MAC地址表中，那么如果交换机在不同的端口接收到同一个数据帧的多份副本，将造成MAC地址表在短时间内被多次修改，和循环重复的覆盖，从而影响MAC地址表的稳定性.
以上几种情况是冗余技术的技术瓶颈所在，在实际的应用中网络的结构往往会很复杂，有更多的冗余链路，从而会产生更多的交换机环路，因此所带来的网络广播风暴，多帧复制会更加的严重，就因为这种需求，STP就由此诞生了.
STP生成树协议
为了解决网络冗余链路所产生的问题，IEEE定义了802.1D协议，即生成树协议STP，利用生成树协议可以避免帧在环路中的增生和无限循环，生成树的主要思想是，当两个交换机之间存在多条链路时，通过一定的算法只激活其中最主要的一条链路，而将其他冗余链路阻塞掉变为备用链路，当主链路出现问题时，生成树协议将自动启用备用链路，整个过程不需要认为干预.
STP协议中定义了，根桥(RootBridge)，根端口(Root Port)，指定端口(Designated Port)，路径开销(Path Cost)等概念，目的在于通过构建一棵自然树的方法阻塞冗余链路，同时实现链路备份和链路最优化.
STP协议的通信，是通过桥协议数据单元(BPDU)进行通信的，它是运行STP的交换机之间交流消息帧，所有的支持STP协议的交换机都能接收并处理BPDU报文.
STP工作过程: 选举根桥->选举根端口->选举指定端口->STP阻塞非根
选举根桥:交换机假定自己是根，然后发送BPDU报文给其他交换机，最终选出ID号最小的交换机作为根桥. 选举根端口:每台非根交换机都会选举出一个根端口，并且仅有一个根端口，并按照优先级选择一个根端口. 选举指定端口:选择一条网桥到根桥的路径成本最小的路径，或者发送方的网桥ID最大的作为指定端口. 选择阻塞端口:至此，就会根据STP算法，从多个链路中选择性的阻塞掉一些端口的数据通信.
STP端口状态:
阻塞(Blocking):端口只接受BPDU，不能接收或发送数据，也不能把学习到的MAC地址天机到MAC地址表中. 转发(Forwarding):端口能够接收并转发数据，也能够学习MAC地址，并添加到MAC地址表中. 侦听(Listening):该状态是从阻塞到转发状态过程中的临时状态，该状态只能发送和接受BPDU数据. 学习(Learning):该状态是从阻塞到转发状态过程中的临时状态，该状态不能够发送或接收数据. 关闭(Disable):该状态端口只提供网络管理服务，不能接受发送任何数据，也就是停止服务的状态.
RSTP 快速生成树
STP协议虽然解决了链路闭合引起的死循环问题，但是在端口从阻塞状态到转发状态间经过了一个只学习MAC地址但不参与转发的过程，产生了转发延时(默认15秒)，从而使得生成树的收敛过程需要较长的时间，一般是转发延时的两倍.
为了解决STP收敛时间过长的缺点，IEEE又推出了802.1w标准，定义了RSTP(快速生成树)协议.RSTP协议在网络配置参数发生变化时，能够显著的减少网络的收敛时间，由于RSTP是从STP发展而来的，其与STP协议保持高度的兼容性，RSTP协议规定，在某些情况下，处于阻塞状态的端口不必经历阻塞->侦听->学习->转发这一个过程，就可以直接进入转发状态.
RSTP协议只有以下三种:
丢弃(Discarding):RSTP将STP中的阻塞，禁用，和侦听统称为丢弃模式. 学习(Learning):拓扑有所变动情况下，端口处于学习状态并学习MAC地址，将其添加到MAC地址表. 转发(Forwarding):在网络拓扑稳定后，端口处于转发状态，并开始转发数据包.
以上就是生成树协议的常用内容，对比后会发现，RSTP的收敛时间明显低于STP，解决了数据同步过慢的问题所在.
生成树的配置
接下来通过一个具体的实例，来完成生成树的配置命令和配置流程的实践，以下实验我们将把LSW1(三层交换)配置成根桥，将LSW2(二层交换)配置为备份根桥，实验拓扑结构如下图:
判断根桥: 首先我们需要判断当前的根桥是哪一个设备，我们分别在四台交换机上执行display stp命令或者执行display stp brief命令，来查询默认那一台是根桥设备，以下根据查询到的结果可以知道，32768.4c1f-cc07-18c4的MAC地址为根桥设备.
<LSW1> display stp // 判断根桥命令
<LSW2> display stp
<LSW3> display stp
<LSW4> display stp
-------[CIST Global Info][Mode MSTP]-------
CIST Bridge :32768.4c1f-cc25-08bd // 本机优先级
Config Times :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20 // 数据包发送时间
Active Times :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
CIST Root/ERPC :32768.4c1f-cc07-18c4 / 20000 // 根桥MAC地址
CIST RegRoot/IRPC :32768.4c1f-cc25-08bd / 0 // 备份根桥MAC地址
<LSW1> display stp brief // 查询接口状态
MSTID Port Role STP State Protection
0 GigabitEthernet0/0/1 DESI FORWARDING NONE
0 GigabitEthernet0/0/2 ROOT FORWARDING NONE
指定根桥: 我们想让LSW1(三层交换)作为根桥设备，此时可在三层交换机上，直接通过以下命令，更换根桥设备.
<LSW1> system-view
[LSW1] stp root primary
[LSW1] display stp
-------[CIST Global Info][Mode MSTP]-------
CIST Bridge :0 .4c1f-cc25-08bd // 本机桥ID
Config Times :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
Active Times :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
CIST Root/ERPC :0 .4c1f-cc25-08bd / 0 // 根桥ID
CIST RegRoot/IRPC :0 .4c1f-cc25-08bd / 0
指定备份根桥: 接下来将LSW2(二层交换)指定为备份根桥，当LSW1(三层交换)出现故障后，LSW2(二层交换)将被选举为根桥设备，从而保证网络的正常运转，修改方式通过以下命令即可实现.
<LSW2> system-view
[LSW2] stp root secondary
[LSW2] display stp
-------[CIST Global Info][Mode MSTP]-------
CIST Bridge :4096 .4c1f-cc45-2199
Config Times :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
Active Times :Hello 2s MaxAge 20s FwDly 15s MaxHop 20
CIST Root/ERPC :0 .4c1f-cc25-08bd / 200000 // 根桥MAC地址
CIST RegRoot/IRPC :4096 .4c1f-cc45-2199 / 0 // 备份根桥MAC地址
CIST RootPortId :128.1
此时配置到这里，我们可以手动关闭LSW1(三层交换)，然后去查看LSW2(二层交换)，通过display stp命令，你会发现当三层交换机关机的时候，二层交换机默认变成了根桥，顶替了LSW1(三层交换)的工作，当LSW1(三层交换)启动后，默认会将LSW1(三层交换)再次恢复成根桥.
配置端口聚合
在我们的实际生产环境中，常常将交换机之间用多条链路连接起来，以获得更高的传输能力和网络性能，但根据之前的生成树协议，当交换机之间有冗余链路时，实际工作的链路只有一条，也就是说生成树协议阻碍了网络传输能力的提高.
为了解决生成树协议的传输能力的不足，出现了一种名为端口聚合的技术，它将多条物理链路组合成一条逻辑线路，实现链路带宽的增加，且还具有冗余作用，当其中部分链路出现故障时，其他链路还可以继续传输数据.
但是并不是所有的端口都可以任意聚合，端口聚合需要满足以下条件.
聚合的端口配置需要相同，包括端口速率和传输介质等. 聚合的端口必须属于同一个VLAN，也就是不许再一个虚拟局域网中. 聚合的端口类型必须相同，二层端口只能二层聚合，三层端口只能三层聚合.
端口聚合形成的逻辑端口称为聚合端口，端口聚合后原来端口的属性就会被聚合端口的属性所覆盖，也不能在源端口上做任何配置，实现端口聚合后，即使网络链路出现故障，只要不是所有链路都故障，网络还是可以继续运行的，只不过网络传输速度会降低而已.
下面将用一个具体的实例讲解端口聚合的配置方法和配置过程，包括创建聚合端口，配置聚合端口的工作方式和配置负载平衡，首先分别创建两个三层交换机，并通过网线Gig 0/0/1-3三条冗余链路相连接，拓扑图如下:
创建聚合端口: 在两台交换机上创建Eth-Trunk接口并加入成员接口，配置如下.
#----在LSW1上操作-------------------------
<Huawei> system-view
[Huawei] sysname LSW1 // 重命名交换机
[LSW1] interface Eth-Trunk 1 // 配置聚合号
[LSW1-Eth-Trunk1] trunkport GigabitEthernet 0/0/1 to 0/0/3 // 选择1-3号端口
[LSW1-Eth-Trunk1] quit
#----在LSW2上操作-------------------------
<Huawei> system-view
[Huawei] sysname LSW2
[LSW2] interface Eth-Trunk 1
[LSW2-Eth-Trunk1] trunkport GigabitEthernet 0/0/1 to 0/0/3
[LSW2-Eth-Trunk1] quit
创建VLAN: 在两台交换机上分别创建VLAN10和VLAN20并将主机加入到相应的虚拟局域网内.
#----在LSW1上操作-------------------------
[LSW1] vlan batch 10 20 // 创建VLAN10与20
[LSW1] interface GigabitEthernet 0/0/4 // 选择Gig0/0/4端口
[LSW1-GigabitEthernet0/0/4] port link-type trunk // 配置成trunk
[LSW1-GigabitEthernet0/0/4] port trunk allow-pass vlan 10 // 应用到vlan10
[LSW1-GigabitEthernet0/0/4] quit
[LSW1] interface GigabitEthernet 0/0/5
[LSW1-GigabitEthernet0/0/5] port link-type trunk
[LSW1-GigabitEthernet0/0/5] port trunk allow-pass vlan 20
[LSW1-GigabitEthernet0/0/5] quit
#----在LSW2上操作-------------------------
[LSW2] vlan batch 10 20
[LSW2] interface GigabitEthernet 0/0/4
[LSW2-GigabitEthernet0/0/4] port link-type trunk
[LSW2-GigabitEthernet0/0/4] port trunk allow-pass vlan 10
[LSW2-GigabitEthernet0/0/4] quit
[LSW2] interface GigabitEthernet 0/0/5
[LSW2-GigabitEthernet0/0/5] port link-type trunk
[LSW2-GigabitEthernet0/0/5] port trunk allow-pass vlan 20
[LSW2-GigabitEthernet0/0/5] quit
配置端口聚合: 配置Eth-Trunk1接口允许VLAN10和VLAN20通过，两台交换机都需要配置.
#----在LSW1上操作-------------------------
[LSW1] interface Eth-Trunk 1
[LSW1-Eth-Trunk1] port link-type trunk // 将接口设置为trunk
[LSW1-Eth-Trunk1] port trunk allow-pass vlan 10 20 // 配置允许的VLAN
[LSW1-Eth-Trunk1] load-balance src-dst-mac // 配置负载平衡方式
#----在LSW2上操作-------------------------
[LSW2] interface Eth-Trunk 1
[LSW2-Eth-Trunk1] port link-type trunk
[LSW2-Eth-Trunk1] port trunk allow-pass vlan 10 20
[LSW2-Eth-Trunk1] load-balance src-dst-mac
查询端口聚合: 配置完成后，可以查询所有的集合列表情况，查看所有聚合表命令如下.
[LSW1] display interface Eth-Trunk
Eth-Trunk1 current state : UP
Line protocol current state : UP
Description:
Switch Port， PVID : 1， Hash arithmetic : According to SA-XOR-DA，Maximal BW: 3
G， Current BW: 3G， The Maximum Frame Length is 9216
IP Sending Frames' Format is PKTFMT_ETHNT_2， Hardware address is 4c1f-cc22-6944
Current system time: 2019-04-08 12:42:34-08:00
Input bandwidth utilization : 0%
Output bandwidth utilization : 0%
-----------------------------------------------------
PortName Status Weight
-----------------------------------------------------
GigabitEthernet0/0/1 UP 1
GigabitEthernet0/0/2 UP 1
GigabitEthernet0/0/3 UP 1
-----------------------------------------------------
The Number of Ports in Trunk : 3
The Number of UP Ports in Trunk : 3
配置边缘端口
对于运行生成树协议的二层网络，与终端相连的端口不用参与生成树计算，这些端口参与计算会影响网络拓扑的收敛速度，而且这些端口的状态改变也可能会引起网络震荡，导致用户流最中断.此时，可以通过执行命令stp edged-port enable将当前端口配置成边缘端口，该端口便不再参与生成树计算，从而帮助加快网络拓扑的收敛时间以及加强网络的稳定性.
需要注意:当前端口配置成边缘端口后，如果收到BPDU报文，那么交换设备会自动将边缘端口设置为非边缘端口，并重新进行生成树计算，接下来将通过一个实验来演示边缘端口的配置，其配置拓扑图如下所示:
给指定端口配置: 这里我们指定配置两台交换机的边缘端口，将Ge0/0/2配置为边缘端口.
#----在LSW1上操作-------------------------
<Huawei> system-view
[LSW1] stp mode rstp // 设置成快速生成树
[LSW1] interface GigabitEthernet 0/0/2 // 选择要配置的接口
[LSW1-GigabitEthernet0/0/2] stp edged-port enable // 配置成边缘接口
#----在LSW2上操作-------------------------
<Huawei> system-view
[LSW2] stp mode rstp // 设置成快速生成树
[LSW2] interface GigabitEthernet 0/0/2 // 选择要配置的接口
[LSW2-GigabitEthernet0/0/2] stp edged-port enable // 配置成边缘接口
给全局端口配置: 也可以给将边缘端口配置为全局模式，以下案例将配置全局端口.
[LSW1] stp mode rstp // 配置成快速生成树
[LSW1] stp edged-port default // 配置边缘端口为全局模式
[LSW1] interface GigabitEthernet 0/0/1 // 选择接口
[LSW1-GigabitEthernet0/0/1] stp edged-port disable // 配置为非边缘端口
配置端口隔离
端口隔离可以将两个或多个主机或群组实现物理隔离，从而禁止同网段主机的数据通信，下面的小案例将实现端口隔离，其效果是PC1与PC2之间不能互相访问，PC1与PC3之间可以互相访问，PC2与PC3之间可以互相访问，其拓扑结构如下:
配置模式: 配置端口隔离模式为二层隔离三层互通.
<Huawei>system-view
[Huawei]port-isolate mode l2
配置隔离: 配置GE0/0/1和GE0/0/2的端口隔离功能.
[Huawei] interface GigabitEthernet 0/0/1
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port-isolate enable group 1
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] quit
[Huawei] interface GigabitEthernet 0/0/2
[Huawei-GigabitEthernet0/0/2] port-isolate enable group 1
[Huawei-GigabitEthernet0/0/2] quit
端口防环路: 适用与华为交换机，防止下级环路自动shutdown下级有环路的端口.
<Huawei>system-view
[Huawei]loopback-detect enable // 全局模式启用环路检测功能
[Huawei] interface GigabitEthernet 0/0/1 // 如果下级有环路shutdown本端口
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] loopback-detect action shutdown
查询隔离参数: 配置完成后可使用display current-configuration命令查询配置参数.
[Huawei]display current-configuration
....
interface GigabitEthernet0/0/1
port-isolate enable group 1
#
interface GigabitEthernet0/0/2
port-isolate enable group 1
....
配置端口安全
在实际的生产环境中，对于有较高安全要求的设备，可以使用端口安全技术(Port Security)来提高网络的安全性，端口安全技术可在接入层验证接入设备，防止未经允许的设备接入到网络中，还可以限制端口接入的设备数量，防止过多设备接入网络，影响网络速率.
在网络中MAC地址是设备中不变的物理地址，控制MAC地址接入就控制了交换机的端口接入，所以端口安全也是对MAC的的安全.在交换机中CAM(Content Addressable Memory，内容可寻址内存表)表，又叫MAC地址表，其中记录了与交换机相连的设备的MAC地址、端口号、所属vlan等对应关系.
华为交换机MAC地址表分为三张
静态MAC地址表，手工绑定，优先级高于动态MAC地址表 动态MAC地址表，交换机收到数据帧后会将源mac学习到MAC地址表中 黑洞MAC地址表，手工绑定或自动学习，用于丢弃指定MAC地址
接下来看一个具体的实例，来实现端口安全的配置，包括端口绑定端口违规的处理等，实验拓扑图参数如下:
配置静态MAC地址: 静态指定允许接入的设备的MAC地址，首先要知道MAC地址是多少.
<Huawei> system-view
[Huawei] port-group group-member Gig0/0/1 to Gig0/0/3 // 选择1-3号端口
[Huawei-port-group] port-security enable // 开启端口安全功能
[Huawei-port-group] port-security max-mac-num 1 // 限制安全MAC地址最大数量为1个
[Huawei-port-group] port-security protect-action shutdown // 违规后默认关闭端口
[Huawei-port-group] mac-address learning disable action discard // 禁止MAC地址学习功能
[Huawei-port-group] quit
#----配置MAC地址静态绑定-------------------------
#将mac地址绑定到接口 Gig0/0/1 到 Gig0/0/2 在vlan1中有效
[Huawei] mac-address static 5489-9887-165B GigabitEthernet 0/0/1 vlan 1
[Huawei] mac-address static 5489-98B4-3791 GigabitEthernet 0/0/2 vlan 1
[Huawei] mac-address static 5489-98E3-0DCA GigabitEthernet 0/0/3 vlan 1
#----查询MAC地址绑定与分配------------------------
[Huawei] display mac-address // 查询绑定信息列表
MAC address table of slot 0:
-------------------------------------------------------------------------------
MAC Address VLAN/ PEVLAN CEVLAN Port Type LSP/LSR-ID
VSI/SI MAC-Tunnel
-------------------------------------------------------------------------------
5489-98e3-0dca 1 - - GE0/0/3 static -
5489-9887-165b 1 - - GE0/0/1 static -
5489-98b4-3791 1 - - GE0/0/2 static -
-------------------------------------------------------------------------------
Total matching items on slot 0 displayed = 3
配置动态MAC地址: 动态分配接入设备的MAC地址，此配置无需绑定MAC地址，会接入最先访问的主机MAC地址.
#-----------------------------------------------
#此功能是将动态学习到的MAC地址设置为安全属性，其他没有被学习到的非安全属性的MAC的帧将被端口丢弃
<Huawei> system-view
[Huawei] port-group group-member Gig0/0/1 to Gig0/0/3 // 选择1-3号端口
[Huawei-port-group] port-security enable // 开启端口安全功能
[Huawei-port-group] port-security max-mac-num 1 // 限制安全MAC地址最大为1
[Huawei-port-group] port-security protect-action protect // 配置处理动作为丢弃
[Huawei-port-group] port-security aging-time 300 // 配置老化时间300s
[Huawei-port-group] quit
#----查询MAC地址绑定与分配------------------------
[Huawei] display mac-address
MAC address table of slot 0:
-------------------------------------------------------------------------------
MAC Address VLAN/ PEVLAN CEVLAN Port Type LSP/LSR-ID
VSI/SI MAC-Tunnel
-------------------------------------------------------------------------------
5489-98e3-0dca 1 - - GE0/0/3 security -
5489-9887-165b 1 - - GE0/0/1 security -
5489-98b4-3791 1 - - GE0/0/2 security -
-------------------------------------------------------------------------------
Total matching items on slot 0 displayed = 3
在端口安全动态MAC地址中，配置如上的话，在Gig0/0/1-3端口学习到的第一个MAC地址设置为安全MAC地址，此外其他MAC地址在接入端口的话都不给予转发，在300s后刷新安全MAC地址表，并且重新学习安全MAC地址，(哪个MAC地址)先到就先被学到端口并设置为安全MAC地址，但是在交换机重启后安全MAC地址会被清空重新学习.
配置贴粘MAC地址: 此功能与动态MAC功能一致，唯一不同的是粘贴MAC地址不会老化，切交换重启后依然存在.
<Huawei> system-view
[Huawei] port-group group-member Gig0/0/1 to Gig0/0/3 // 选择1-3号端口
[Huawei-port-group] port-security enable // 开启端口安全功能
[Huawei-port-group] port-security mac-address sticky // 打开安全粘贴MAC功能
[Huawei-port-group] port-security max-mac-num 1 // 限制安全MAC地址最大为1
[Huawei-port-group] quit
#----配置MAC地址静态绑定-------------------------
#手工绑定粘贴MAC地址和所属vlan1的操作
[Huawei] interface GigabitEthernet 0/0/1 // 选择绑定接口
[Huawei] port-security mac-address sticky 5489-9887-165B vlan 1 // 绑定指定的MAC地址
[Huawei] port-security protect-action shutdown // 违规端口自动关闭
[Huawei] quit
[Huawei] interface GigabitEthernet 0/0/2
[Huawei] port-security mac-address sticky 5489-98B4-3791 vlan 1
[Huawei] port-security protect-action shutdown
[Huawei] quit
[Huawei] interface GigabitEthernet 0/0/3
[Huawei] port-security mac-address sticky 5489-98E3-0DCA vlan 1
[Huawei] port-security protect-action shutdown
[Huawei] quit
#----查询端口绑定情况----------------------------
[Huawei] display mac-address
MAC address table of slot 0:
-------------------------------------------------------------------------------
MAC Address VLAN/ PEVLAN CEVLAN Port Type LSP/LSR-ID
VSI/SI MAC-Tunnel
-------------------------------------------------------------------------------
5489-98e3-0dca 1 - - GE0/0/3 sticky -
5489-9887-165b 1 - - GE0/0/1 sticky -
5489-98b4-3791 1 - - GE0/0/2 sticky -
-------------------------------------------------------------------------------
Total matching items on slot 0 displayed = 3
此功能配置完成后，相当于对设备进行了严格的限制，当有其他的机器链接到不该链接的接口上时，也无法连接网路.