HCIE全面复习：STP, RSTP, MSTP与VLAN详解

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"这份资料详尽地涵盖了HCIE(华为认证互联网专家)考试的复习内容，共计2600多页，主要针对二层技术进行深入解析，包括STP（生成树协议）、RSTP（快速生成树协议）以及MSTP（多生成树协议）的原理、配置和应用。此外，还涉及了VLAN等相关知识点，是备考HCIE的全面参考资料。" 在STP部分，资料详细介绍了STP的背景、基本概念，如根桥、度量、选举原则、端口状态等，并讲解了STP报文的类型及交互过程。STP拓扑计算部分，包括BPDU的交互和STP算法的具体实施。同时，资料也提到了RSTP对STP的改进，包括解决STP的不足，如快速收敛机制的实现，以及RSTP的配置实例。 MSTP章节则详细阐述了MSTP的出现背景、基本概念，如MST域、VLAN映射、端口角色和状态。MSTP报文格式的可配置性以及拓扑计算过程，包括优先级向量、CIST和MSTI的计算。资料还讨论了MSTP的快速收敛机制和多进程概念，最后给出了MSTP配置的示例及MSTP与VRRP（虚拟路由冗余协议）组合配置的应用场景。 VLAN部分虽未在摘要中完全展开，但通常会涵盖VLAN的定义、作用、创建、管理和VLAN间的通信等知识点，这对于理解网络隔离和流量控制至关重要。这份复习资料通过理论结合实践，为考生提供了全面的STP、RSTP、MSTP和VLAN学习材料，帮助备考者深入理解并掌握这些关键的二层网络技术，以应对HCIE考试中的相关挑战。

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表 1 BPDU 报文基本格式

域

字节

说明

Age 是从根桥发送到当前桥接收到 BPDU 的总时间，包括传输延

时等。实际实现中，配置 BPDU 报文经过一个桥，Message Age 增

加 1。

Max Age

消息老化年龄。

Hello Time

发送两个相邻 BPDU 的时间间隔。

Forward Delay

控制 Listening 和 Learning 状态的持续时间。

标志字段如图 2 所示，STP 中只使用了其最高位和最低位。

图 2 Flags 字段格式

TCN BPDU

TCN BPDU 内容比较简单，只有表 1 中列出的前 3 个字段：协议号、版本和类型。类型字段是固

定值 0x80，长度只有 4 个字节。

TCN BPDU 是指在下游拓扑发生变化时向上游发送拓扑变化通知，直到根节点。TCN BPDU 在如

下两种情况下会产生：

 端口状态变为 Forwarding 状态，且该设备上至少有一个指定端口。

 指定端口收到 TCN BPDU，复制 TCN BPDU 并发往根桥。

1.1.4 STP 拓扑计算

网络中所有的设备使能 STP 协议后，每一台设备都认为自己是根桥。此时，每台设备仅仅收发配

置 BPDU，而不转发用户流量，所有的端口都处于 Listening 状态。所有设备通过交换配置 BPDU

后，进行选举工作，选出根桥、根端口和指定端口。

BPDU 报文的交互过程

如图 1 所示，用{}标注的四元组表示了由根桥 ID（图中以 S1_MAC 和 S2_MAC 代表两台设备的

BID）、累计根路径开销、发送者 BID、发送端口 PID 构成的有序组。配置 BPDU 会按照 Hello Timer

规定的时间间隔来发送。

图 1 初始信息交互

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STP 算法实现的基本过程

1. 初始状态

由于每个桥都认为自己是根桥，所以在每个端口所发出的 BPDU 中，根桥字段都是用各自

的 BID，Root Path Cost 字段是累计的到根桥的开销，发送者 BID 是自己的 BID，端口 PID

是发送该 BPDU 端口的端口 ID。

2. 选择根桥

网络初始化时，网络中所有的 STP 设备都认为自己是“根桥”，根桥 ID 为自身的设备 ID。

通过交换配置消息，设备之间比较根桥 ID，网络中根桥 ID 最小的设备被选为根桥。

3. 选择根端口和指定端口

根端口和指定端口的选择过程如表 1 所示。

表 1 根端口和指定端口的选择过程

步骤

过程

非根桥设备将接收最优配置消息（最优配置消息的选择过程如表 2 所示）的那个端口定为

根端口

设备根据根端口的配置消息和根端口的路径开销，为每个端口计算一个指定端口配置消息：

 根桥 ID 替换为根端口的配置消息的根桥 ID；

 根路径开销替换为根端口配置消息的根路径开销加上根端口对应的路径开销；

 发送者 BID 替换为自身设备的 ID；

 发送端口 PID 替换为自身端口 ID。

设备将计算出的配置消息与角色待定端口自己的配置消息进行比较：

 如果计算出的配置消息更优，则该端口被确定为指定端口，其配置消息也被计算出的

配置消息替换，并周期性地向外发送；

 如果该端口自己的配置消息更优，则不更新该端口的配置消息并将该端口阻塞。该端

口将不再转发数据，且只接收不发送配置消息。

表 2 最优配置消息的选择过程

步骤

过程

每个端口将收到的配置消息与自己的配置消息进行比较：

 如果收到的配置消息优先级较低，则将其直接丢弃，对自己的配置消息不进行任何处

理；

 如果收到的配置消息优先级较高，则用该配置消息的内容将自己配置消息的内容替换

掉。

设备将所有端口的配置消息进行比较，选出最优的配置消息

STP 算法实现举例

一旦根桥、根端口和指定端口选举成功，整个树形拓扑就建立完毕了。下面结合例子说明 STP 算

法实现的具体过程。

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表 4 STP 拓扑计算过程及结果

设备

比较过程

比较后端口的配置消息

DeviceA

 Port A1 收到 Port B1 的配置消息{1，0，1，Port B1}，

发现自己的配置消息{0，0，0，Port A1}更优，于

是将其丢弃。

 Port A2 收到 Port C1 的配置消息{2，0，2，Port C1}，

发现自己的配置消息{0，0，0，Port A2}更优，于

是将其丢弃。

 DeviceA发现自己各端口的配置消息中的根桥和指

定桥都是自己，于是认为自己就是根桥，各端口的

配置消息都不作任何修改，此后便周期性地向外发

送配置消息。

 Port A1：{0，0，0，Port A1}

 Port A2：{0，0，0，Port A2}

DeviceB

 Port B1 收到 Port A1 的配置消息{0，0，0，Port A1}，

发现其比自己的配置消息{1，0，1，Port B1}更优，

于是更新自己的配置消息。

 Port B2 收到 Port C2 的配置消息{2，0，2，Port C2}，

发现自己的配置消息{1，0，1，Port B2}更优，于

是将其丢弃。

 Port B1：{0，0，0，Port A1}

 Port B2：{1，0，1，Port B2}

 DeviceB 比较自己各端口的配置消息，发现 Port B1

的配置消息最优，于是该端口被确定为根端口，其

配置消息不变。

 DeviceB 根据根端口的配置消息和路径开销，为

Port B2 计算出指定端口的配置消息{0，5，1，Port

B2}，然后与 Port B2 本身的配置消息{1，0，1，

Port B2}进行比较，发现计算出的配置消息更优，

于是 Port B2 被确定为指定端口，其配置消息也被

替换为计算出的配置消息，并周期性地向外发送。

 根端口 Port B1：{0，0，0，

Port A1}

 指定端口 Port B2：{0，5，

1，Port B2}

DeviceC

 Port C1 收到 Port A2 的配置消息{0，0，0，Port A2}，

发现其比自己的配置消息{2，0，2，Port C1}更优，

于是更新自己的配置消息。

 Port C2 收到 Port B2 更新前的配置消息{1，0，1，

Port B2}，发现其比自己的配置消息{2，0，2，Port

C2}更优，于是更新自己的配置消息。

 Port C1：{0，0，0，Port A2}

 Port C2：{1，0，1，Port B2}

 DeviceC 比较自己各端口的配置消息，发现 Port C1

的配置消息最优，于是该端口被确定为根端口，其

配置消息不变。

 DeviceC 根据根端口的配置消息和路径开销，为

Port C2 计算出指定端口的配置消息{0，10，2，Port

C2}，然后与 Port C2 本身的配置消息{1，0，1，

Port B2}进行比较，发现计算出的配置消息更优，

于是 Port C2 被确定为指定端口，其配置消息也被

 根端口 Port C1：{0，0，0，

Port A2}

 指定端口 Port C2：{0，10，

2，Port C2}

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