通过根防护增强生成树协议(STP)

简介

本文档介绍增强交换网络可靠性、可管理性和安全性的改进STP根防护功能。 

先决条件

要求

本文档没有任何特定的要求。

使用的组件

本文档不限于特定的软件和硬件版本。

本文档中的信息都是基于特定实验室环境中的设备编写的。本文档中使用的所有设备最初均采用原始（默认）配置。如果您的网络处于活动状态，请确保您了解所有命令的潜在影响。

规则

有关文档规则的详细信息，请参阅 Cisco 技术提示规则。

功能描述

标准 STP 并未为网络管理员提供任何安全执行第 2 层 (L2) 交换网络拓扑的方法。执行拓扑的方法对于采用共享管理控制（即不同管理实体或公司控制一个交换网络）的网络特别重要。

交换网络的转发拓扑被计算出来。除其他参数外，该计算还基于根网桥安置。任何交换机都可能是网络中的根网桥。但最优转发拓扑会将根网桥放置在预先确定的特定位置。使用标准 STP，网络中任何网桥 ID 较低的网桥将扮演根网桥的角色。管理员不能强制确定根网桥的位置。

注意：管理员可将根网桥优先级设置为0，以保护根网桥的位置。但是，优先级为 0 的网桥并不能保证具有较低的 MAC 地址。

根防护功能提供了在网络中强制执行根网桥安置的方法。

根防护可确保启用了根防护的端口为指定端口。通常，除非根网桥的两个或多个端口连接在一起，否则根网桥端口全部为指定端口。如果网桥在启用了根防护的端口上收到高级 STP 网桥协议数据单元 (BPDU)，根防护会将此端口转换为根不一致 STP 状态。此根不一致状态实际上等效于监听状态。此时不会通过此端口转发任何流量。根防护以这种方式强制确定根网桥的位置。

本部分的示例说明恶意根网桥如何在网络中造成问题，以及根防护如何帮助解决这类问题。

在映像1中，交换机A和B构成了网络的核心，A是VLAN的根网桥。交换机 C 为接入层交换机。B和C之间的链路在C端被阻断。箭头表示 STP BPDU 的流向。

图 1

交换机A是根桥

在映像2中，设备D开始参与STP。例如，基于软件的网桥应用程序在连接到服务提供商网络的PC或其他交换机上启动。如果网桥 D 的优先级为 0 或任何低于根网桥优先级的值，则设备 D 将被选为此 VLAN 的根网桥。如果设备 A 与 B 之间的链路为 1 千兆，并且 A 与 C 之间以及 B 与 C 之间的链路为 100 Mbps，则选择 D 作为根网桥将导致连接两个核心交换机的千兆以太网受到阻塞。

此阻塞将使该 VLAN 中的所有数据通过一条 100 Mbps 链路流经接入层。如果通过该VLAN核心的数据流多于此链路可容纳的数据流，则会丢弃一些帧。帧丢弃会导致性能下降或连接中断。

图 2

交换机D是新的根桥

根防护功能可防止网络出现此类问题。

根防护配置针对的是每个端口。根防护不允许端口成为 STP 根端口，因此，端口始终是 STP 指定的。如果一个更好的 BPDU 到达此端口，根防护不会考虑此 BPDU 并选择新的 STP 根。相反，根防护会将该端口置于根不一致 STP 状态。您必须在所有不能出现根网桥的端口上启用根防护。从某种程度上说，您可以在能够定位 STP 根的网络部分周围配置一个边界。

在Image 2中，在连接到交换机D的交换机C端口上启用根防护。

交换机C inImage 2会在交换机收到上级BPDU后阻塞连接到交换机D的端口。根防护将该端口置于根不一致 STP 状态。在此状态下，没有流量经过该端口。设备 D 停止发送高级 BPDU 之后，该端口再次解除阻塞。通过 STP，该端口从监听状态进入识别状态，并最终转换为转发状态。恢复是自动的；不需要人为干预。

本消息在根防护阻塞端口后出现：

%SPANTREE-2-ROOTGUARDBLOCK: Port 1/1 tried to become non-designated in VLAN 77. 
Moved to root-inconsistent state

可用性

根防护在运行Cisco IOS®系统软件的Catalyst 6500/6000中可用。此功能首先在Cisco IOS软件版本12.0(7)XE中引入。对于运行 Cisco IOS 系统软件的 Catalyst 4500/4000，此功能在所有版本中均可用。

对于 Catalyst 2900XL 和 3500XL 交换机，根防护在 Cisco IOS 软件版本 12.0(5)XU 及更高版本中可用。Catalyst 2950 系列交换机在 Cisco IOS 软件版本 12.0(5.2)WC(1) 及更高版本中支持根防护功能。Catalyst 3550 系列交换机在 Cisco IOS 软件版本 12.1(4)EA1 及更高版本中支持根防护功能。 

新型Cisco Catalyst系列交换机也具备此功能。

配置

Catalyst 6500/6000 和 Catalyst 4500/4000 的 Cisco IOS 软件配置

在运行 Cisco IOS 系统软件的 Catalyst 6500/6000 或 Catalyst 4500/4000 交换机上，请发出以下一组命令以配置 STP 根防护：

Switch#configure terminal
Enter configuration commands, one per line.  End with CNTL/Z.
!
Switch#(config)#interface fastethernet 3/1
Switch#(config-if)#spanning-tree guard root
!

注：运行Cisco IOS系统软件的Catalyst 6500/6000的Cisco IOS软件版本12.1(3a)E3将此命令从spanning-tree rootguard更改为spanning-tree guard root。运行 Cisco IOS 系统软件的 Catalyst 4500/4000 在所有版本中使用 spanning-tree guard root 命令。

Catalyst 2900XL/3500XL、2950 和 3550 的 Cisco IOS 软件配置

在 Catalyst 2900XL、3500XL、2950 和 3550 上，请按本例所示，在接口配置模式下为交换机配置根防护：

Switch#configure terminal
Enter configuration commands, one per line.  End with CNTL/Z.
Switch(config)# interface fastethernet 0/8
Switch(config-if)# spanning-tree rootguard
Switch(config-if)# ^Z
*Mar 15 20:15:16: %SPANTREE-2-ROOTGUARD_CONFIG_CHANGE: Rootguard enabled on 
port FastEthernet0/8 VLAN 1.
Switch#

STP BPDU防护与STP根防护有何区别

BPDU 防护与根防护类似，但它们的作用不同。如果在端口上启用了 PortFast，则 BPDU 防护会在收到 BPDU 时禁用该端口。该禁用有效阻止了位于此类端口之后的设备参与 STP。您必须手动重新启用处入 errDisable 状态的端口或配置 errdisable-timeout。

只要设备不尝试成为根，根防护就允许设备参与 STP。如果根防护阻塞端口，随后的恢复将自动完成。一旦设备停止发送上级BPDU，就会立即进行恢复。

有关BPDU防护的详细信息，请参阅生成树PortFast BPDU防护增强功能。

根防护是否有助于解决两个根的问题

网络中的两个网桥之间可能存在单向链路故障。由于该故障，一个网桥无法从根网桥接收 BPDU。出现此故障时，根交换机可以接收其他交换机发送的帧，但其他交换机无法接收根交换机发送的 BPDU。这可能会导致 STP 循环。由于其他交换机无法接收来自根的任何 BPDU，因此，这些交换机认为自己是根，并开始发送 BPDU。

当真正的根网桥开始接收 BPDU 时，根会丢弃这些 BPDU，因为它们并不是高级 BPDU。根网桥不会发生更改。因此，根防护并不能帮助解决该问题。单向链路检测 (UDLD) 和环路防护功能可解决该问题。

有关STP故障场景及其故障排除方法的详细信息，请参阅生成树协议问题和相关设计注意事项。

相关信息

• 了解和配置 UDLD 协议功能
• 在 Cisco IOS 平台上恢复 errdisable 端口状态
• 思科技术支持和下载