一、实验目的

（1）理解生成树协议和vlan之间的关系   

（2）理解 Root Bridge 是如何选出来的

（3）理解STP不仅能防环，还能提供冗余备份

（4）理解STP选择Root Port时，不只是看直连，还看路径开销

二、实验背景知识

       STP（生成树协议） 的核心作用是防止交换机环路带来的网络灾难，同时实现冗余备份。STP是交换机上的一个自动协议，既防止网络环路导致广播风暴，又能在主链路故障时自动启用备用链路。后来出现了RSTP（快速生成树协议），收敛时间可缩短到几秒；还有MSTP（多生成树协议），允许多个VLAN独立运行生成树，以充分利用链路带宽。

三、实验网络拓扑图

相关的一些交换机CLI命令：

[Huawei]stp enable            //启动stp服务（华为交换机默认是启动该协议的）
[Huawei]display stp brief     //显示stp状态信息
[Huawei]stp priority 4096     //配置交换机在默认生成树实例中的优先级为4096
[Huawei]stp instance 1 priority 4096        //配置交换机在生成树实例1中的优先级为4096   

交换机的STP信息及其解释：（以LSW1为例）

Root Port（ROOT):根端口，去往根网桥开销最短的端口，负责接收数据。

Designated Port（DESI）：指定端口，每个网段上离根桥最近的端口，负责发送数据。

Alternate Port（ALTE）：阻塞端口，禁止转发数据。

       通过查看每一台交换机的STP信息可以得知，交换机LSW3为根网桥，交换机LSW1的G0/0/1接口被阻塞。（可能具体情况不同，但结果类似）

四、实验步骤

（1）观察stp被关闭后产生的广播风暴

关闭所有交换机的stp服务协议：undo stp enable

       清空pc1的arp缓存，然后执行ping命令测试与其他主机的连通性并在交换机LSW1的g0/0/1接口处开启抓包，观察实验现象。

       可以看到，因为stp协议关闭，交换机之间产生环路（捕获大量arp广播帧和重复的arp单播帧），从而导致广播风暴，导致交换机无法正常工作。原因在于交换机收到广播或未知目的 MAC 帧时，会向所有端口转发，以确保数据到达目标。如果网络里存在环路（环形拓扑），数据包会沿环路无限循环，每次循环，交换机会再次转发，从而产生指数级增长的广播包。

（2）理解生成树协议与vlan之间的联系

在交换机LSW1、LSW2和LSW3中创建vlan10、vlan20和vlan30

在交换机LSW1上做如下配置（LSW2和3配置类似）

[LSW1]vlan batch 10 20 30        //在系统视图下，批量创建 VLAN 10、VLAN 20 和 VLAN 30
[LSW1]int eth0/0/1
[LSW1-Ethernet0/0/1]port link-type access    //将该接口的链路类型设置为 access 模式
[LSW1-Ethernet0/0/1]port default vlan 10     //将该接口的缺省 VLAN（即 PVID）设置为 VLAN 10
[LSW1-Ethernet0/0/1]int eth0/0/2
[LSW1-Ethernet0/0/2]port link-type access
[LSW1-Ethernet0/0/2]port default vlan 30
[LSW1-Ethernet0/0/2]int g0/0/1
[LSW1-GigabitEthernet0/0/1]port link-type access
[LSW1-GigabitEthernet0/0/1]port default vlan 10
[LSW1-GigabitEthernet0/0/1]int g0/0/2
[LSW1-GigabitEthernet0/0/1]port link-type access
[LSW1-GigabitEthernet0/0/1]port default vlan 30
[LSW1-GigabitEthernet0/0/1]quit

        测试同一vlan下的主机间连通性，发现主机PC1和PC2是无法通信的，原因在于LSW1 和 LSW2 之间这条链路被 STP 阻塞了。VLAN10 的帧无法通过交换机间的链路传递，即使 STP 打开，备用链路或者跨交换机的转发也没办法把 VLAN10 带过去，交换机间承载 VLAN 流量必须 trunk，Access 口只在单 VLAN 内有效。即使配置MSTP也是不行的，MSTP（多实例生成树）解决的是 环路和不同 VLAN 流量的负载分配，能决定哪条链路阻塞、哪条链路转发，但它不负责把 VLAN 流量标记和传递，如果交换机间链路不是 Trunk，VLAN 标签没法传递，MSTP 无法让 VLAN10 的流量绕过备用链路。

（3）配置trunk链路

具体命令如下：

interface GE0/0/1[交换机互相连接的每一个接口]
undo port default vlan      //将access接口从vlan中删除
port link-type trunk
port trunk allow-pass vlan 10 20 30

这样可以做到任何一条链路出现故障，各vlan都还能够保证联通。

此时主机1再去和主机2通信，是可以完成的

探究一：强制切换根桥

命令：

        stp priority 0                //优先级越小，越容易成为根桥

再分别执行“display stp brief”，可以观察到根桥和阻断链路全部发生变化，这就是STP的路径计算过程。

探究二：链路故障切换

       关闭主链路（具体关哪个口，要看哪个是ROOT Port），在根桥切换后的背景下，拓扑图切换为如图所示

关闭LSW1的g0/0/1，可以发现主机1和2仍然能够通信，LSW1的g0/0/2变为root。

Root Port 断开 → Alternate Port 自动转发 → 通信恢复/保持

此时回复链路，网络会重新收敛

探究三：MSTP 多实例配置与 VLAN 负载分配

为每一台交换机做如下配置：

[LSW1]stp region-configuration          //进入MST视图
[LSW1-mst-region]region-name Huawei     //配置MST域名为Huawei
[LSW1-mst-region]revision-level 1       //配置MST修订级别为1，默认为0
[LSW1-mst-region]instance 1 vlan 10     //指定vlan10映射到MST1
[LSW1-mst-region]instance 2 vlan 20     //指定vlan20映射到MST2
[LSW1-mst-region]instance 3 vlan 30     //指定vlan20映射到MST3
[LSW1-mst-region]active region-configuration   //激活MST域配置

观察点：不同 VLAN 的通信流量是否分布在不同物理链路上。

观察点：断开某条链路后，备用端口是否接管不同实例的通信。

观察点：Region 名称、版本号以及 VLAN→MSTI 的映射是否一致。

五、实验小结

本实验通过 MSTP 多实例将 VLAN10、VLAN20、VLAN30 映射到不同生成树实例，使不同 VLAN 可以选择不同转发路径，实现链路负载分担。

当 LSW1 与 LSW3 之间链路故障时，MSTP 能重新计算端口角色并切换备用路径，保证各 VLAN 主机通信的可靠性。