STP詳細筆記

產生的背景

由于網絡的冗余性（關鍵設備冗余、關鍵鏈路冗余）帶來的問題，可能帶來二層環路問題，從而引發廣播風暴，設備MAC地址紊亂、以及MAC地址漂移等一系列問題。而STP可以保持網絡冗余的前提下打破網絡二層環路。
生成樹協議一共有三種:STP（802.1d）、RSTP（802.1w）、MSTP（802.1s）
注：生成樹具有向下兼容性，如果全網中有一臺設備運行低版本協議，網絡中運行高版本的協議會自動降級向低版本兼容。如果2倍的hello time 時間沒收到低版本協議的BPDU報文則會切換為高版本。

基本概念：

1、橋ID（bridge identification）BID
每臺運行STP的交換機都會擁有全網唯一的橋ID。BID共8byte，包含16bit的橋優先級和48bit的橋MAC地址。優先級缺省值32768，范圍是0-655535，使用時數值必須為4096倍數。MAC地址為背板最小地址。
2、根橋（root bridgr）RB
根橋在全網中只會有一個。STP運行的第一件事就是選舉根橋。選舉規則為全網中擁有最小的橋ID為根橋。BID由優先級和MAC地址組成，選舉規則為先比較優先級再比較MAC地址，兩者皆是小優。缺省值為32768，可以進行修改從而干涉根橋選舉。
3.開銷（cost）
每個運行了STP的接口，都有一個cost值，接口的缺省cost值不但和接口速率和工作模式有關，還與所使用的計算方法有關。
4、根路徑開銷（root path cost）RPC
RPC值是主要計算某接口到達RB的沿途累加cost值。也就是從該接口到RB需要多少的開銷。數值越小越優。
5、接口ID（port identification）PID
運行stp的交換機使用PID來標記每一個接口。PID的長度為16bit，由4bit的接口優先級和12bit的接口編號組成。缺省為128，范圍為0-240，調整時必須是16的倍數。

6、STP的選舉流程

1、選舉根橋
比較BID，優者為根橋。首先比較優先級，若相同比較MAC,都是小優。
2、選舉根端口
? 比較RPC值，小者勝出。若相同進行下一項比較。
? 在比較對端BID，小者優
? 比較對端PID，小者優
3、選舉指定端口
? 一般情況下，根橋下所有的端口為指定端口
? 比較RPC值，小者勝出。若相同進行下一項比較
? 比較本端BID，小者優
? 比較本端PID，小者優
4、既不是根端口也不是指定端口的接口則為阻塞接口
思考：為什么選舉根端口比較對端信息而指定端口比較本端信息。
為什么橋ID的優先級為0-65535？

STP報文

BPDU報文分為兩中類型：分別為配置BPDU（configuration BPDU）、拓撲改變BPDU（topology change notification）。
BPDU發送方式：組播，組播MAC地址為0180-c200-0000
配置BPDU
在網絡初始化過程中，每臺交換機都會從自己激活了STP的接口發送配置BPDU報文。當STP收斂完成后，只有根橋才會周期的發送配置BPDU（缺省發送時間為2秒），而非根網橋的RP口收到上游發送的配置BPDU后，立即觸發產生自己的配置BPDU，并從指定端口發出。

配置BPDU的報文格式

字節數字段描述

2	協議ID（protocol identifier）	在stp中該值總為0
1	協議版本ID（protocol version identifier、）	在stp中該值總為0；生成樹的版本
1	BPDU類型（BPDU type）	值為0x00為配置BPDU；值為0x80為TCN BPDU
1	標志（Flage）	在STP中該字段用于網絡拓撲變化標志。STP僅使用了最低位（TC，拓撲變更），最高位是TCA（拓撲變更確認）標志
8	根橋ID	根橋的橋ID
4	根路徑開銷	到達根橋STP路徑開銷
8	網橋ID	發送本BPDU的橋ID
2	接口ID	發送本BPDU的接口ID
2	消息壽命（message age）	根橋所發送的BPDU中，該字段值為0，此后每經過一個交換設備，該字段值加一，本質上指BPDU所經過的交換設備個數。
2	最大壽命（Max age）	BPDU的最大存活時間，也被稱為老化時間，缺省20S
2	Hello時間	BPDU所發送的時間間隔
2	轉發延遲（forward delay）	接口在偵聽和學習狀態所停留的時間

TCN BPDU

格式：協議ID、協議版本ID、BPDU類型。
作用：當網絡中拓撲發生改變時，該交換機的根端口逐級向根橋通知變化的發生，使全網交換機盡快老化自己的MAC地址表項，以便快速適應新網絡。在網絡穩定時只會產生配置BPDU。
兩種特殊的BPDU
1、“標志”字段中TCA比特位被設置為1的配置BPDU
為了保證STP從拓撲變更的交換機傳遞到根橋的過程是可靠的，當收到下游發送的TCN BPDU后，需使用“標志”字段中TCA比特位被置位為1 的配置BPDU回應對方并向自己的上游發送TCN BPDU。一直持續到根橋收到該TCN BPDU。
2、“標志”字段中TC比特位被設置為1的配置BPDU
當根橋收到TCN BPDU后，意味者網絡拓撲發生改變，它將向網絡中泛洪“標志”字段中TC比特位被設置為1的配置BPDU，網絡中交換機收到該報文后，會將自己的MAC老化時間改為轉發延時，使得MAC表盡快刷新。

STP時間參數

Hello time：發送配置BPDU的時間間隔。修改必須在根橋上進行修改，修改后所有非根網橋會向根橋對齊該時間值。
forward time：接口從偵聽狀態到學習狀態，或者學習狀態到轉發狀態的延遲時間，缺省15秒。這兩種狀態分別為了避免臨時環路和數據幀的泛洪現象。
Max age：BPDU老化時間，缺省20S.在非根網橋的接口上保存這來自上游的最優BPDU，如過在老化時間之前收到這個BPDU，則該計時器會被重置，若未收到，該BPDU被老化，將會從新選舉根端口。
從阻塞進入轉發狀態需要花費30 -50s

STP的接口狀態

狀態名稱狀態描述

禁用狀態 disable	不能收發BPDU，也不能轉發數據幀
阻塞狀態 blocking	不發送BPDU，但會持續偵聽。不能轉發業務數據幀，不進行MAC學習
偵聽狀態 listening	可以收發BPDU報文，但是不能轉發業務幀，不進行MAC地址學習
學習狀態 learning	可以收發BPDU報文，但是不能轉發業務幀，進行MAC地址學習
轉發狀態 forwarding	可以正常收發業務幀，也會進行BPDU處理。

STP配置

總結

以上是生活随笔為你收集整理的STP详细笔记的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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