3.6 生成树协议STP
系列 - 构建小型企业办公网
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实验介绍
本实验将帮助你理解生成树协议(STP)的作用和重要性。通过观察网络环路带来的问题以及STP如何解决这些问题，你将深入了解STP在现代网络中的关键作用。
任务一：观察环路影响
摘要
在网络中，环路会导致两个严重问题：广播风暴和MAC地址表不稳定。本任务将通过实验直观地展示这些问题。
1. 拓扑图
按照上图建立拓扑图，连接细节：
- LSW1 的 G0/0/1 连接 LSW2 的 G0/0/1
- LSW2 的 G0/0/2 连接 LSW3 的 G0/0/1
- LSW3 的 G0/0/2 连接 LSW1 的 G0/0/2
配置 PC 的 IP 地址：
| PC | IP地址/子网掩码 |
|---|---|
| PC1 | 192.168.1.10/24 |
| PC2 | 192.168.1.20/24 |
2. 关闭 STP
警告
华为设备上默认开启 STP 功能。在本实验中，我们需要先关闭它以观察没有STP时网络的行为。
在每一台交换机上执行以下命令：
# 进入系统视图
system-view
# 关闭信息中心（减少日志输出）
undo info-center enable
# 关闭 STP
undo stp enable
技巧
在关闭 STP 时，系统会提示是否继续操作，此时需要输入
y 进行确认。3. 准备观察广播风暴
打开抓包工具，准备捕获网络流量：
选择一个交换机端口进行监控，例如 LSW3 的 G0/0/2：
如下图所示，表格中是在该端口上抓取到的数据包。由于我们关闭了 STP 且网络中暂时没有发生任何通信，所以表格是空的。
4. 使用PC1向网络中发送广播包
信息
广播包会被交换机从除接收端口外的所有端口转发出去。在存在环路的网络中，这将导致广播风暴。
打开 PC1 的 UDP 发包工具，填写如下信息：
- 目的IP地址：255.255.255.255 （广播地址）
- 源IP地址：192.168.1.10
- 目的端口号：1234（可任意填写）
- 源端口号：1234（可任意填写）
点击发送后，观察抓包结果：
技巧
在不开启周期发送的情况下，点击一次发送按钮只会发送一个广播包。
危险
由图可见，同一个广播包被不断地在网络中循环传播，这就是典型的广播风暴现象。在实际网络中，这会导致网络性能严重下降甚至完全瘫痪。
5. 观察MAC地址表不稳定
让PC1与PC2尝试通信。通信可能会失败，但这不影响我们的实验，因为在通信过程中局域网会运行 ARP 协议，尝试确定 PC2 的 MAC 地址和对应的交换机接口。
警告
由于环路的存在，PC 的对应接口会在交换机的MAC地址表中不断变化，这就是所谓的MAC地址漂移现象。
多次查看 LSW3 的转发表，可以观察到MAC地址表的不稳定状态：
任务二：开启 STP
摘要
在本任务中，我们将开启STP协议，观察它如何消除网络环路，解决广播风暴和MAC地址表不稳定的问题。
1. 在三台交换机上启用STP
信息
此时局域网中还存在着广播风暴现象，可以在抓包工具中确认。
在每台交换机的系统视图下执行：
# 启用STP
stp enable
2. 观察网络流量变化
回到抓包工具，可以发现广播风暴已经消失，只留下少量的 STP 协议数据包：
成功
这表明STP协议已经成功阻断了网络环路，广播风暴问题得到了解决。
3. 再次测试广播包传播
回到 PC1 的UDP发包工具，再次点击发送：
在抓包工具中只能看到该广播包出现一次：
成功
这证明STP已经成功消除了环路，广播包不会在网络中无限循环。
4. 查看STP状态
在每个交换机上执行 display stp brief 命令查看STP状态，找到状态为 DISCARDING（阻塞）的接口，这表明环路已被消除。
LSW1的STP状态：
LSW2的STP状态：
LSW3的STP状态：
信息
在本例中，LSW3 的 G0/0/2 接口被阻塞，其角色为 ALTE（备用端口）。如果网络中有其他接口失效（如断电、物理中断等），该备用接口会自动转为工作状态，保证网络连通性。
任务三：观察链路备份效果
摘要
STP不仅能消除环路，还提供了自动链路备份功能。本任务将演示当主要链路失效时，STP如何自动启用备用链路。
1. 确定备用链路
首先确定被阻塞的端口在哪台交换机上。在本例中，阻塞端口是 LSW3 上的 G0/0/2，后续操作将在 LSW3 上进行。
2. 模拟主链路故障
关闭没有被阻塞的端口（即当前正在工作的端口），在本例中是 G0/0/1：
# 进入接口配置模式
int g0/0/1
# 关闭接口
shutdown3. 观察STP自动切换
再次查看STP状态：
dis stp br可以看到，刚才被阻塞的 G0/0/2 端口已经自动转为工作状态：
成功
这证明了STP的自动链路备份功能。当主链路发生故障时，STP能够迅速激活备用链路，保证网络的连通性，同时仍然避免环路的形成。
实验总结
摘要
通过本实验，我们观察到了：
- 网络环路会导致广播风暴和MAC地址表不稳定，严重影响网络性能
- STP协议能够有效检测并阻断网络环路，防止广播风暴
- STP还提供了自动链路备份功能，在主链路故障时自动启用备用链路
这些特性使STP成为现代交换网络中不可或缺的协议。
