优化STP

为什么要提出STP的优化问题？
简单的STP配置虽然可以工作，但可能存在一个突出的问题：收敛时间过长，有时候在全网收敛时间可能超过1分钟以上。所以STP在发展过程中也不断在优化，以提升其工作效率。

●PortFast, UplinkFast和BackboneFast
这些都是Cisco提出来的特别针对STP问题的解决方案，具体如下：
1）PortFast 使用环境：在接入（access）端口上使用
优化方法：一旦该端口物理上能工作，立即将其置为“转发”状态
配置命令：spanning-tree portfast (interface subcommand)，spanning-tree portfast default (global)
2）UplinkFast 使用环境：在包含多条上行线路的接入层交换机上使用
优化方法：当一个根端口（RP）失去连接时，立即用另一个RP替换，并 可立即转发流量，在所有交换机的CAM中触发更新。
配置命令：spanning-tree uplinkfast [max-update-rate rate] (global)
3）BackboneFast 使用环境：主要在网络骨干上用来侦测间接的连接失败
优化方法：当RP停止接收Hello时，不需要等待Maxage时间，而是直接 查询与RP相连的交换机（使用RLQ BPDU）。
配置命令：spanning-tree backbonefast (global)

●PortChannel
从STP的角度考虑，将多条链路看作一条链路，这样可以提高网络的可用性（特别在中继链路上），只要这些链路有一条保持连接，STP路径就可以保持，就不需要再重新收敛STP。
当交换机要由PortChannel发送帧时，必须预先决定从哪条物理链路发送。这个决定工作由Cisco交换机通过负载均衡（基于交换机的全局负载均衡配置）的方法来实现。Port-channel load balance type命令可以设置负载均衡的类型（如使用源和目的MAC、IP地址以及TCP、UDP端口等）
可以通过channel-group number mode on (interface subcommand)配置哪个接口属于PortChannel。也可以通过动态协议来配置，这类协议有：Cisco特有的Port Aggregation Protocol（端口聚合协议，PAgP）和IEEE 802.1 AD的Link Aggregation Control Protocol（链路聚合控制协议，LACP）。使用PAgP配置的命令是channel-group number mode auto|desirable。使用LACP配置的命令是channel-group number mode active|passive。对于动态决定加入PortChannel的那些端口而言，必须相同的条件是：
1）同样的速度和双工设置
2）如果不是中继，应属于同一个VLAN
3）如果是中继，应为同一中继类型，应同为允许的VLAN和原始VLAN
4）对于每个通过PortChannel的所有链路传输的VLAN都有同样的STP开销
5）没有配置SPAN

●快速生成树协议
IEEE 802.1w快速生成树协议（RSTP）对802.1d标准的提升：加速STP收敛。为了实现这个目的，RSTP定义了与STP所不同的BPDU，定义了新的端口状态以及新的端口角色，同时它还能与STP兼容。具体如下：
1）RP反应速度：只等待3个Hello（STP是10个）
2）可由丢弃状态（代替了STP的阻塞状态）直接转换到学习状态，而不需要STP的监听状态
3）Cisco的PortFast、UplinkFast和BackboneFast功能的标准化
4）如果一个交换机有多个端口连接到同一共享LAN段，可以允许备份的DP
RSTP有效利用了交换网络的拓扑结构，因而可以加速收敛。RSTP定义了三种链路类型：
1）点对点：交换机间的连接
2）共享：交换机到hub的连接
3）边：交换机到用户设备的连接
对于边链路类型的处理方式，与前面所述的ProtFast类似（配置也一样）。对于点对点链路，RSTP直接向相邻交换机查询状态，这与BackboneFast类似，只不过这里使用的是IEEE的标准消息罢了。
RSTP和STP端口状态比较：

管理状态	STP状态（802.1d）	RSTP状态（802.1w）
不可用状态	屏蔽（Disabled）	丢弃（Discarding）
可用状态	阻塞（Blocking）	丢弃（Discarding）
可用状态	监听（Listening）	丢弃（Discarding）
可用状态	学习（Learning）	学习（Learning）
可用状态	转发（Forwarding）	转发（Forwarding）

在RSTP中，丢弃状态意味着该端口既不转发帧，也不接收帧，也不学习源MAC地址，而不管其什么原因造成。RSTP不再需要监听状态，因为它是动态查询邻接交换机，这就已经保证其收敛的时候不会产生环。
与STP类似，RSTP使用端口角色（port role）来表示端口是RP还是DP。除了这两个角色之外，RSTP还引入了一些新的角色，如下表所示：

RSTP角色	描述
根端口	与STP同
指定端口	与STP同
可替端口	类似于UplinkFast，可替换的根端口
备份端口	可替换的指定端口

设置RSTP的命令：spanning-tree mode rapid-pvst (global)，也可以使用802.1s MST（使用的也是802.1w RSTP）

●快速Per VLAN增值生成树（RPVST+）
RSTP与PVST+的组合，结合了两者的优点，与MSTP和PVST+兼容。
配置方法：在接口上，输入spanning-tree link-type point-to-point命令

●多生成树（IEEE 802.1s）
又称为多实例STP，定义了怎样使用802.1Q中继来实现STP的多个实例的方法。其主要好处在于：
1）与PVST+类似，当有些端口在一个VLAN下是阻塞时，在另一个VLAN下仍然可以转发。
2）总使用802.1w RSTP来实现快速收敛。
3）不要求每个VLAN都分配一个STP实例。
在一起使用MST的交换机群称为MST区域；为了创建MST区域，交换机需要进行以下配置：
1）使用spanning-tree mode mst命令进入MST配置模式。
2）在MST配置模式下，使用name子命令创建MST区域名（最多32个字符）。
3）在MST配置模式下，使用revision子命令创建MST修订号
4）在MST配置模式下，使用instance子命令将VLAN映射到MST的STP实例上
MST配置的关键在于：区域中的所有交换机必须配置相同参数。