在之前 STP 的文章中，介绍了 CST (公共生成树协议）。其标准是 802.1d. 可是随着网络规模的扩大，以前的 STP 协议不再适用，陆续又出现了很多新版本的 STP 协议。
如果将生成树分类的话，通常分为两类，公有生成树协议和私有生成树协议。
公有生成树协议：
- 如老版本的 802.1d.
- RSTP：快速生成树，802.1.w
- MSTP：多生成树，802.1s
私有生成树协议：
- PVST+：每 VLAN 生成树（Cisco 设备默认启用）
- Rapid PVST+：优化了 PVST+ 的生成树速度
8021.D 版本 STP 存在的问题
假设下图中的 MAC 大小为：SW2 < SW1 < SW3
看这样一个拓扑，假设SW1 和 SW2 间，仅允许在 Vlan 10 中通信，Sw1 和 Sw3 间允许所有 Vlan 通信。
按照 STP 的比较规则，会将 SW3 e0/0 阻塞。
但由于 SW1 和 SW2 间，仅仅允许 Vlan 10 的流量。那么 PC5 产生的流量就无法达到 SW2. 于是就存在 Vlan 可能无法通信的问题。
而且假设 SW2 和 SW1 允许所有 VLAN 通过，这时对于 VLAN 20 的 PC5 来说，想要通过必须走 SW2，其实明明走 SW1 和 SW3 之间的路径更好，所以还有次优路径的问题。
所以使用单生成树会有这样的问题：
- 部分 VLAN 无法通信
- 次优路径存在
- 无法实现流量负载分摊
使用 PVST 解决
为了解决 Vlan 无法通信的问题，思科开发了 PVST+ 协议（每 Vlan 生成树），针对每一个 Vlan 生成一颗生成树。之前产生这个问题的原因，就是因为只有一棵树。
现在假设让 SW2 成为 Vlan 10 的树根。让 SW3 成为 Vlan 20 的树根。
这时按照之前划分方法， 对于 Vlan 10 来说，SW3 的 e/0 被阻塞。Vlan 10 的数据可以正常通信。
对于 Vlan 20 来说，SW2 的 e0/0 被阻塞。Vlan 20 的数据可以正常通信。
现在不光是 Vlan 可以正常通信，还带来了流量负载分担的好处，让 Vlan 10 和 Vlan 20 的流量分开走。
PVST+ 配置
实现 SW2 作为 Vlan 10 的主根，Vlan 20 的备份根。
SW3 作为 Vlan 20 的主根，Vlan 10 的备份根。
# 配置 PC4 - PC7
VPCS> set pcname PC4
PC4> ip 10.1.1.4/24
# 配置 SW1 - SW3
!
interface Ethernet0/0
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport mode trunk
!
interface Ethernet0/1
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport mode trunk
!
interface Ethernet0/2
switchport access vlan 10
switchport mode access
!
interface Ethernet0/3
switchport access vlan 20
switchport mode access
!
# 在 SW1 上查看配置的 VLAN 信息, 可以看到 SW1 作为 SW2 和 SW3 的主根。
# 而且默认使用的就是 pvst mode
SW1#show spanning-tree summary
Switch is in pvst mode
Root bridge for: VLAN0001, VLAN0010, VLAN0020
Name Blocking Listening Learning Forwarding STP Active
---------------------- -------- --------- -------- ---------- ----------
VLAN0001 0 0 0 2 2
VLAN0010 0 0 0 3 3
VLAN0020 0 0 0 3 3
---------------------- -------- --------- -------- ---------- ----------
3 vlans 0 0 0 8 8
# 同样在 SW2 查看 VLAN 信息, 发现并不是根
SW2#show spanning-tree summary
Switch is in pvst mode
Root bridge for: none
Name Blocking Listening Learning Forwarding STP Active
---------------------- -------- --------- -------- ---------- ----------
VLAN0001 0 0 0 3 3
VLAN0010 0 0 0 3 3
VLAN0020 0 0 0 2 2
---------------------- -------- --------- -------- ---------- ----------
3 vlans 0 0 0 8 8
# 在 SW3 查看 VLAN 信息，发现 VLAN10 和 VLAN20 的阻塞端口都在 SW3 上。
SW3#show spanning-tree summary
Switch is in pvst mode
Root bridge for: none
Name Blocking Listening Learning Forwarding STP Active
---------------------- -------- --------- -------- ---------- ----------
VLAN0001 1 0 0 2 3
VLAN0010 1 0 0 1 2
VLAN0020 1 0 0 2 3
---------------------- -------- --------- -------- ---------- ----------
3 vlans 3 0 0 5 8
现在改变让 SW2 作为 VLAN 10 的根，SW3 作为 VLAN 10 的备份根。
SW2(config)#spanning-tree mode ?
mst Multiple spanning tree mode
pvst Per-Vlan spanning tree mode
rapid-pvst Per-Vlan rapid spanning tree mode
SW2(config)#spanning-tree vlan 10 priority 0
SW2(config)#spanning-tree vlan 20 priority 4096
# 在 SW2 重新查询 VLAN 信息，可以作为 SW2 已经作为 VLAN 10 的根了。其中根桥 ID 为 10.
# 介解释下这里为什么是 10?
# 因为 priority 字段组成是由：优先级（2字节） + MAC 地址组成（6字节）
# 优先级：xxxx xxxx xxxx xxxx bit, 前 4 bit 可以进行调整，以区分优先级。
# 后 12 bit，是分配的 vlan 号，共 4096 个，范围是 1 - 4094，其余两个为保留值。
SW2#show spanning-tree vlan 10
VLAN0010
Spanning tree enabled protocol ieee
Root ID Priority 10
Address aabb.cc00.2000
This bridge is the root
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Bridge ID Priority 10 (priority 0 sys-id-ext 10)
Address aabb.cc00.2000
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Aging Time 300 sec
Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type
------------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Et0/0 Desg FWD 100 128.1 P2p
Et0/1 Desg FWD 100 128.2 P2p
Et0/2 Desg FWD 100 128.3 P2p
改变让 SW3 作为 VLAN 20 的根，SW2 作为 VLAN 10 的备份根。
SW3(config)#spanning-tree vlan 10 priority 4096
SW3(config)#spanning-tree vlan 20 priority 0
# 同样 VLAN 20 中，SW3 作为根。
SW3#show spanning-tree vlan 20
VLAN0020
Spanning tree enabled protocol ieee
Root ID Priority 20
Address aabb.cc00.3000
This bridge is the root
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Bridge ID Priority 20 (priority 0 sys-id-ext 20)
Address aabb.cc00.3000
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Aging Time 300 sec
Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type
------------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Et0/0 Desg FWD 100 128.1 P2p
Et0/1 Desg FWD 100 128.2 P2p
Et0/2 Desg FWD 100 128.3 P2p
也可以通过如下命令，更改 VLAN 的根：
spanning-tree vlan 20 root primary
spanning-tree vlan 1- root secondary
RSTP
RSTP - 快速生成树，在 STP 的基础上：优化了生成树的速度, 并重新定义了端口角色和转发状态。
端口角色
将原有的 DP，RP，BP 端口 重新定义为如下端口：
- DP：指定端口
- RP：根端口
- AP：替代端口
- BP：备份端口
其中 AP、BP 都是被阻塞的端口：
- AP 收到其他交换机发来的更优的 BPDU 而阻塞。
- AP 是 RP 的备份
- BP 收到自己发来的 BPDU 而阻塞的端口。
- BP 是 DP 的备份
先看下 AP 接口，假设有这样一个拓扑：
根据之前 STP 的规则，SW3 的 e0/1 接口会被阻塞。而阻塞的原因是因为受到 SW2 发来的 BPDU 优于自己端口发出的 BPDU.
这种因为其他交换机而被阻塞的端口叫做 AP 端口。
现在假设 SW3 e0/0 的 RP 端口 down 了，此时 e0/1 接口就会成为 RP 端口，所以称 AP 是 RP 的备份。
在看 BP 接口，看这样一个拓扑：
SW1 由于某种原因，将自己的两个接口连接到一起, 假设 e0/1 被阻塞，这种被自己发的 BPDU 阻塞的端口叫 BP 端口。
当 e 0/1 down 时，e 0/0 成为 DP 端口。所以说 BP 是 DP 的备份。
转发状态
在 STP 之前的五个状态重新定义，将 Disabled，Blocking，Listening 三个状态合为一个状态，Discarding.
Discarding：不学习 MAC 地址，不转发数据
Learning：学习 MAC 地址，不转发数据
Forwarding：转发状态
比 STP 收敛更快的原因
-
引入了边缘端口
用于连接主机，服务器等终端的端口。配置边缘端口的接口，当交换机开启后，会立即进入到转发状态，不需要等待转发延迟（进行 STP 计算）。
spanning-tree porfast edge如果不小心将两个边缘端口连接在一起，接口会形成一个临时的环路，但如果收到接口的 BPDU 后，会变换普通的 STP 端口，进行 STP 计算。
-
根端口的快速切换机制
在 RP 失效后，AP 会立刻成为 RP 端口，进行转发。老版本的 STP 会有一个 30s 等待时间。
-
P/A 机制
在 BPDU 报文中，拓展了 FLAG 字段的用法。
在老版本 STP 中，FLAG 仅仅用到 TC, TCA 两位。（TC 用于通知拓扑改变，TCA 用于确认收到拓扑改变的通知。）
在 RSTP 中，8 bit 位全被使用，其中 P 位，表示提议位，A 位，表示许可位。
假设在网络初始时，有这样一个拓扑（MAC：SW1 < SW2）：
在 SW1 和 SW2 启动后，都认为自己是根，然后认为自己的 e0/0 接口都是 DP 接口，进而转发数据。
接着会发生 RSTP 版本的 BPDU，由于认为自己跟，所以将 P 位置位。表明自己是跟，所在接口是 DP.
在 SW2 和 SW1 收到相互发送的 BPDU 后，SW2 发现自己的优先级更小，不能作为根，所以会将下一次要发送的 BPDU A 位置位，表示承认 SW1 是根。
之后 SW1 e0/0 成为 DP，SW2 e0/0 成为 RP，进行转发数据。
但通常来讲，在 SW2 发送 A 置位前，会先检查自己的建立的端口是否还有其他交换机，防止形成环路，因为一旦确定 RP 和 DP 后，数据就立刻开始转发了。
所以 SW2 在置位前，会进行判断：
-
如果自己连接的接口有 DP 接口，则会将 DP 接口临时变成 Discarding 转态，
-
如果连接的是边缘端口，保持不变。
-
如果是 AP 端口，保持不变，因为 AP 本身就被阻塞。
之后在当前端口 P/A 机制确定后，再对其他端口进行 P/A 过程。
-
-
拓扑改变机制
在之前老版本的 STP 中，一旦拓扑改变，改变的交换机会给上游交换机发送 TCN 通知，上游交换机收到后会回复 TCA，接着上游交换机继续发送 TCN 通知，直到根交换机收到 TCN. 在根收到后，会回复 TCA 确认和 TC. 让下游交换机将 MAC 地址的时间缩短为 15s.
但 15s 的时间依然很长，在 RSTP 中，让拓扑发送改变时（非边缘端口转变成转发端口 如 AP 到 RP）， 发生拓扑改变的交换机会清空故障接口学习到的 MAC 地址，会向上游发送 TC （每2s，发送2 次）, 收到 TC 的交换机会清空除接口端口和边缘端口外所有的 MAC 地址，并继续向上游扩散，直至全网。
从而避免 15s 的等待时间。
MSTP
MSTP （多实例生成树）是目前常用的公有协议，对于思科交换机来说，也仅支持 MSTP 这一种公有协议。
MSTP 和 PVSTP 协议很像，也是根据 VLAN 生成不同的生成树。只不过化为生成树的单位是实例，每个实例可以包含多个 VLAN.
还是这个拓扑：
假设有 VLAN 10 和 VLAN 20 两种 VLAN.
如果将 VLAN 10 作为一个实例，拥有一颗生成树。将 VLAN 20 作为一个实例，拥有一颗生成树。
这时可以将 SW2 作为 VLAN 10 的树根，SW3 作为 VLAN 20 的树根。这样也很好的解决，VLAN 无法通信，次优路径和负载分摊的问题。
而且还可以进一步拓展，将多个 VLAN 放入一个实例，如将 VLAN 10 - VLAN 20 放入实例1的生成树，将 VLAN 20 - 30 放入实例2的生成树。
同时 MSTP 还支持多域的概念，同一个 MSTP 域的设备具有以下特点：
- 启动 MSTP 并有相同的域名
- 相同的 VLAN 到生成树实例的映射配置（比如 SW1 有 VLAN10-20，放在实例1里面，SW2 也需要有。）
- 相同 MSTP 修订级别配置（一个数字，类似于版本）
- 默认存在一个实例 0
MSTP 配置
# SW1 - SW3 配置 VLAN 10 - 29
# SW2 - SW3 交换机之间的端口配置 trunk
# 在 SW1 配置 MSTP
SW1(config)#spanning-tree mode mst
SW1(config)#spanning-tree mst configuration
# 配置域名
SW1(config-mst)#name CCNP
# 配置实例
SW1(config-mst)#instance 10 vlan 10-19
SW1(config-mst)#instance 20 vlan 20-29
# 配置修订版本
SW1(config-mst)#revision 10
# 指定树根
SW2(config)#spanning-tree mst 10 root primary
SW2(config)#spanning-tree mst 20 root secondary
SW3(config)#spanning-tree mst 10 root secondary
SW3(config)#spanning-tree mst 20 root primary
EtherChannel
有时交换机的带宽无法满足转发流量的需要，就会出现阻塞的情况。一般会升级接口的带宽，但往往特别大的流量不是时常发生。
这样直接升级接口就比较浪费，而且需要手动对接口进行配置，比较麻烦。
为了解决这个问题，EtherChannel 接口出现了，它可以将多个物理接口捆绑在一起同时进行流量的转发，在流量较大时增加连接接口的数量，从链路视角看，相当于同时连接多根链路，实现并行传输。
不但这样，还有一个额外的问题，在之前介绍交换机 STP 的内容时，交换机内部是通过 STP 来防止环路，会将某些接口 Block。如果想用这种并行的链路连接时，就可能形成环路。
为了保证在 STP 不失效的情况下，应用并行链路，就会采用 EtherChannel 配置。会将所有绑定的接口视为同一个接口，保证 STP 还能正常运行。
配置了 EtherChannel 的接口，具有如下优点：
- 逻辑聚合接口，为 STP 提供一个逻辑接口
- 高带宽
- 负载分担（机制是根据 XOR 进行计算，进行分摊流量，比如跟源目的 IP 地址的最后一位进行异或运算。）
- 链路冗余（在断开下，仍能保持运行）
配置 EtherChannel
配置 EtherChannel 时两种方式：
- 手动
- 手动将交换机上多个端口，捆绑成一个
- 要求所有成员端口都处于转发状态
- 自动学习（Pagp 思科私有，LACP 公有）
- 不要求所有成员端口处于转发状态，可以存在备份链路（根据优先级确定）
手动配置
# 创建
SW1(config)#interface port-channel 1
# 将手动接口纳入 port-channel
SW1(config)#interface range e0/0 - 2
SW1(config-if-range)#shutdown
# 标识手动配置
SW1(config-if-range)#channel-group 1 mode on
SW1(config-if-range)#no shutdown
# 正常配置 vlan
SW1(config)#interface port-channel 1
SW1(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q
SW1(config-if)#switchport mode trunk
自动学习
LACP 模式：
- Passive：等待主动的接口，建立连接
- Active：主动发送消息，和另一端的接口建立连接
下面是 LACP 的建立原则：
# SW1 配置
s1(config)#interface port-channel 1
# bind interfaces
s1(config)#interface range ethernet 0/0 - 1
s1(config)#shutdown
s1(config)#channel-group 1 mode active
s1(config)#no shutdown
# apply configuration
s1(config)#interface port-channel 1
s1(config)#switchport trunk encapsulation dot1q
s1(config)#switchport mode trunk
s1#show ip int bri
s1#show etherchannel summary
# SW2 配置
s2(config)#interface port-channel 1
# bind interfaces
s2(config)#interface range ethernet 0/0 - 1
s2(config)#shutdown
s2(config)#channel-group 1 mode active
s2(config)#no shutdown
# apply configuration
s2(config)#interface port-channel 1
s2(config)#switchport trunk encapsulation dot1q
s2(config)#switchport mode trunk
s2#show ip int bri
s2#show etherchannel summary
Cisco 的私有协议 Pagp 其实 IEEE 的 LACP 内容是一样的，只不过将 Active 状态更名为 Desirable 状态，将 Passive 状态更名为 Auto 状态。
在实现 Port-channel 接口时，有一定的要求，需要配置的双方配置相同：
- 物理接口支持 Etherchannel
- 物理接口保持一致
- 绑定的数量一致
- 接口模式一样（如二层接口，三层接口）
- 接口类型必须相同（带宽, 速率）
- 双工模式一致（全双工/半双工）
- 工作模式（LACP，Pagp）
- VLAN 相同
总结
今天这篇主要是在基础 STP 生成树上进行了拓展，起始部分讲解了传统 STP 生成树面临的问题及不足，并由此展开，介绍了思科 PVSTP 和 RSTP，MSTP 解决这些问题的思路以及各自的优势。
其中 PVST：调整生成树的数量到多颗，通过针对每个 VLAN 而生成一棵树。
RSTP：主要通过重新定义了端口角色和调整调整转发状态来减少 STP 的收敛速度。
Rapid PVST：则是将 PVST 和 RSTP 结合到一起，具备两种协议的功能。
MSTP：则是现在公有 STP 协议常有协议，通过将不同 VLAN 划分实例中，增加生成树的数量。从而解决部分 VLAN 无法通信，无法负载均摊以及私有路径的问题。
最后介绍了在面临流量激增和需要构建冗余接口时，如何配置 Ether-Channel 的方法。