教学过程：

【项目引入】：多个交换机和电脑相连，会有多种拓扑结构，为了保证网络稳定，是不是需要设置冗余设备？如果有冗余设备，容易造成环路，那如何避免呢？

5.2 任务二：打造无环的交换网络

为了提高整个网络的可靠性，消除单点失效故障，在网络设计中通常采用多台设备、多个端口、多条线路的冗余连接方式。如图所示：

【思考】：是否物理上的冗余就能够保证业务的自动备份呢？如果不是，那么交换式架构的网络究竟是怎样实现这个故障恢复功能的呢？

5.2.1 预备知识

交换网络存在的问题：

u  帧的复制

u  广播风暴

u  MAC地址表的不稳定

为此，我们必须找到一种方法，它能够通过某种算法来阻断冗余链路，将一个有环路的交换网络修剪成一个无环路的树型拓扑结构，这样既解决了环路问题；同时又能在某条活动（active）的链路断开时，通过激活被阻断的冗余链路重新修剪拓扑结构以恢复网络的连通。

5.2.2 STP原理、配置及应用

1.STP原理

u  通过阻断冗余链路来消除桥接网络中的环路。

u  当检测到活动链路发生故障时，激活冗余链路来恢复网络的连通性。

u  STP协议的基本思想：

大家知道，自然界中生长的树一般情况下是不会出现环路的，如果网络也能够像一棵树一样生长就不会出现环路。于是，STP协议中定义了根桥（Root Bridge）------生成树的参考点、根端口（Root Port）------非根桥到达根桥的最近端口、指定端口（Designated Port）------连接各网段的转发端口、路径开销（Path Cost）------整个路径上端口开销之和等概念，目的就在于通过构造一棵自然树的方法达到裁剪冗余环路的目的，同时实现链路备份和路径最优化。

用于构造这棵树的算法称为生成树算法SPA（Spanning Tree Algorithm）。

2.桥接数据单元BPDU

交换机之间彼此传递一种特殊的配置消息，802.1D协议将这种配置消息称为“桥协议数据单元”或者“BPDU”。BPDU中包含了足够的信息来保证网桥完成生成树的计算。

交换机会根据BPDU消息来完成如下的工作：

1）在桥接网络的所有参与生成树计算的网桥中，选出一个作为树根（Root  Bridge）；

2）计算出其他网桥到这个根网桥的最短路径；

3）为每一个LAN选出一个指定网桥，该网桥必须是离根网桥最近的。指定网桥负责将这个LAN上的包转发给根桥；

4）为每个网桥选择一个根端口，该端口给出的路径是本网桥到根网桥的最短路径；

5）选择包含在生成树上的端口，由根端口和LAN连接其指定网桥的那些端口（指定端口）组成。

3.STP算法

  生成树算法很复杂，但可以分为选择根网桥、根端口、指定端口3个步骤。

主要分如下的几个步骤进行：

u  首先，配置消息中最小的那个根网桥ID将成为生成树的根；如果自己就是根网桥，则最短路径开销为0；否则将最优配置消息中的路径开销加上接收端口对应链路的路径开销就是本网桥到根的最短路径开销；

u  然后选择根端口，一般来说对应最短路径开销的那个端口就是根端口，但是如果对应最短路径开销的端口不止一个，则ID号最小的端口将成为根端口。

u  确定根和最短路径之后，网桥得到自己的配置消息，并将自己作为接收到的配置消息比之劣的那些端口的指定网桥，而这些端口就是指定端口。

u  最后，网桥从指定端口将修改后的自己的配置消息发送出去。

配置消息优先级比较的原则是：

u  先比较根网桥的ID，数值较小的那个优先级较高；

u  如果根网桥ID相同，则比较发送网桥到根桥的最短路径，数值较小的优先级较高；

u  如果前两者都相同，则比较发送网桥的ID，数值较小的优先级较高；

u  最后如果前三者都相同，则比较发送端口ID（即配置消息中的指定端口的ID），同样是数值较小的优先级较高。

需要说明的是，如果前三者都相同，表明发送交换机的两个端口连接到一个物理LAN上。

4.STP的端口

STP的端口有根端口、指定端口、非指定端口三种。

【案例讲解】：交换机接收BPDU时开销值增加，发送BPDU时开销值不变、选举根端口，比较接收的BPDU；选举指定端口，比较发送的BPDU。

　　下面通过一个示例具体介绍，首先是拓扑图。

　　1、选举根桥(Root  Bridge)。优先级一样，比较MAC地址，SW1为根桥。

　　2、选举每台非根桥交换机上的根端口(Root Port)，比较接收到的BPDU(BPDU由根桥发出，即SW1发出)：

　　SW2：从f0端口收到的BPDU代价为19;从f1端口收到的BPDU代价为19+4+19=42;因此f0端口为根端口。

　　SW3：从g0端口收到的BPDU代价为19+19=38;从g1端口收到的BPDU代价为19+4=23;因此g1端口为根端口。

　　SW4：从g0端口收到的BPDU代价为19;从g1端口收到的BPDU代价为19+19+4=42;因此g0端口为根端口。

　　3、选举每个网段上的指定端口(Designated Port)，比较发出的BPDU：

　　SW1-SW2网段：从SW1/f0口发出的BPDU代价为0;从SW2/f0口发出的BPDU代价为19+4+19=42;因此SW1/f0口为指定端口。

　　SW1-SW4网段：从SW1/f1口发出的BPDU代价为0;从SW4/g0口发出的BPDU代价为19+19+4=42;因此SW1/f1口为指定端口。

　　SW3-SW4网段：从SW3/g1口发出的BPDU代价为19+19=38;从SW4/g1口发出的BPDU代价为19;因此SW4/g1口为指定端口。

　　SW2-SW3网段：从SW2/f1口发出的BPDU代价为19;从SW3/g0口发出的BPDU代价为19+4=23;因此SW2/f1口为指定端口。

　　4、非根端口，非指定端口即为阻塞端口(Block Port)，即SW3/g0口为阻塞端口。

【总结】：

n   每个网络中只有一个根网桥；

n   每个非根网桥只有一个根端口；

n   每个网段只能有一个指定端口；

n   根网桥无根端口；

n   根网桥端口全为指定端口；

n   非指定端口为阻塞端口。

【STP选举流程】：

①先选举根桥，并且根桥的所有接口都为DP（“root”，地标）。参数：看优先级+mac地址

②一般DP对面就是RP（因为DP发送BPDU分组，RP接收BPDU分组）每个非根桥上选择1个根端口。（距离“根桥”最近）。参数：cost值（带宽有关）、bridge id，port id

③每个段选择1个指定端口。参数：cost值、bridge id，port id

4阻塞非指定端口

一般选举的流程：先选根桥--->选DP/RP--->选NDP（阻塞端口）

5.STP配置及应用

•        ZXR10缺省没有启动SSTP

•        手动在全局配置模式下启用STP,并更改STP模式为SSTP,在不需要参加STP运算接口的接口模式下手动关闭STP进程。

•        配置命令为：

zte# configure

zte(config)# spanning-tree   enable 

zte(config)# spanning-tree   mode sstp

•        在全局配置模式下启动生成树协议STP

•        将STP模式更改为SSTP（ZXR10缺省情况下STP模式为MSTP）

•        最后show spanning-tree instance 0

5.2.3  任务拓展（见课后习题）

 1、判断下列拓扑结构中的根桥、根端口与指定端口。

2、判断下列拓扑结构中的根桥、根端口与指定端口。

3、判断下列拓扑结构中的根桥、根端口与指定端口。

4、判断下列拓扑结构中的根桥、根端口与指定端口。

5、判断下列拓扑结构中的根桥、根端口与指定端口。

补充内容

思考题、讨论、作业、技能操作：

1、P96：思考与练习第5-7题。

2、上机完成 “任务拓展”项目图5-30。

3、下次课预习：项目5  搭建局域网 5.3

参考资料（含参考书籍、文献、网络资料）：

1、许圳彬，王田甜,《IP网络技术》,北京：人民邮电出版社，2012.8

2、张俊星，黄成哲，《数据通信技术》，人民邮电出版社，2019.7

教学小结：

本节课学习了STP的概念、作用、算法、命令配置。

1、STP概念及原理。

2、STP算法。

3、 STP配置实例。

教学后记：

根桥（根交换机）的选举，根端口，指定端口，阻塞端口的选举；选举的原则，在三个交换机判定会稍微容易，多于三个判定会很困难。多用例题进行课后训练。