一、二层网络设计需求和问题
- 1 广播风暴
- 2 MAC地址表震荡
二、STP概述
三、STP操作
四、BPDU Bridge Protocol Data Unit 桥协议数据单元
五、BPDU类型
- 1 配置 BPDU：Configuration
- 2 拓扑变更通告 BPDU-TCN BPDU
- - 2.1 桥ID
  - 2.2 端口ID
  - 2.3 路径开销
  - 2.4 根路径开销
  - 2.5 链路开销标准
六、STP选举过程
- 1 根桥选举
- 2 根端口选举
- 3 指定端口选举
七、STP端口状态
八、STP计时器
九、STP端口转换
十、STP拓扑变化
十一、STP配置

一、二层网络设计需求和问题

为了提高网络可靠性交换网络中通常会使用冗余链路
然而冗余链路会给交换网络带来环路风险
并导致广播风暴以及MAC地址表不稳定等问题进而会影响到用户的通信质量
生成树协议STP（Spanning Tree Protocol）
可以在提高可靠性的同时又能避免环路带来的各种问题
不像三层有TTL 纯二层的环路不会停下来

1 广播风暴

2 MAC地址表震荡

二、STP概述

STP：Spanning Tree Protocol 生成树协议

三、STP操作

通过构造一棵树来消除交换网络中的环路

根桥-根交换机
根端口-非根交换机上的一个端口
如果交换机上没有根端口则肯定不是非根桥（非根交换机）

交换机的前身是网桥！
现在的桥就是交换机！

四、BPDU Bridge Protocol Data Unit 桥协议数据单元

使用组播：01-80-C2-00-00-00

修改STP模式：stp mode mstp/rstp/stp
查看STP详细信息：dis stp
默认MSTP

五、BPDU类型

1 配置 BPDU：Configuration

选举根交换机以及确定每个交换机的角色和状态（用来选举根桥）
在初始过程中每个桥都主动发送配置BPDU
在网络拓扑稳定后只有根桥主动发送配置BPDU
其他交换机在收到上游传来的配置BPDU后
才会发送自己的配置BPDU（根桥选出来后）
发送周期为Hello Time（默认值为2 2秒发一次）
老化时间为Max Age （20s）

2 拓扑变更通告 BPDU-TCN BPDU

下游交换机感知到拓扑变化时向上游发送的拓扑变化通知

BPDU Type: Topology Change Notification (0x80)
拓扑改变通知

2.1 桥ID

0-65535（2^16）
桥ID = 桥优先级 + 桥MAC地址
桥优先级 2B=16b
桥MAC地址 6B=48b
桥ID 8B=64b

2.2 端口ID

端口ID = 端口优先级 + 端口编号
端口优先级 1B=8b
端口编号 1B=8b

2.3 路径开销

2.4 根路径开销

2.5 链路开销标准

stp端口开销更改：stp cost 0-200000000
stp开销标准更改：stp pathcost-standard dot1d-1998/dot1t
现在华为用802.1t

六、STP选举过程

1 根桥选举

BID最小的成为根桥（先比优先级再比MAC）

BID = Bridge ID = 桥优先级 + 桥MAC地址
桥优先级的取值范围：0-65535（216）
桥优先级的默认值：32768
如图中4096 < 32768 故SWA为根桥

2 根端口选举

根端口-非根桥的端口-到达根桥最近的端口-开销最小的端口
根端口选举依据：
先看该端口的根路径开销Root Path Cost-确定到达根桥的最短路径
到根桥路径上所有开销之和
如果根路径开销Root Path Cost相等再比较对端BID-Bridge ID
-发送给自身的 BPDU里的BID
如果对端BID相同（即两者优先级相同 MAC相同（同一根交换机所发））
再比较PID-Port ID 先比较对端的PID 如果是同一类型端口
则肯定是数字编号较小的优先
如果对端PID相同（即根交换机连接一个集线器再从集线器接一个交换机）
再比较本端PID 则肯定是数字编号较小的优先
查看根端口信息：dis stp brief
查看根路径开销ERPC：dis stp 或 dis stp int g0/0/0

3 指定端口选举

指定端口-负责每段链路上的数据发送
通常根桥上的端口都是指定端口
一条链路上根路径开销小的为指定端口
如果根路径开销相同则比较BID
先比BID优先级再看MAC地址越小越优先 - 为指定端口
如果BID相同则比较PID

根端口 RP
指定端口 DP
预备端口 AP（Alternative Port） - discarding 阻塞状态

七、STP端口状态

华为交换机主要以显示MSTP和RSTP的状态为主
Discarding阻塞状态是MSTP和RSTP的
Blocking阻塞状态是STP的

八、STP计时器

Disabled Blocking和Listening在RSTP中被打包在Discarding中
稳定状态：
Disabled
Blocking
Forwarding
过渡状态：
Listening
Learning

配置BPDU报文每经过一个交换机 Message Age都+1
如果Message Age大于Max Age 非根桥会丢弃该配置BPDU

九、STP端口转换

十、STP拓扑变化

50s = 20s阻塞->侦听 + 15s 侦听->学习 + 15s学习->转发
修改STP模式：stp mode stp/mstp/rstp
默认MSTP

解决方法：
1.等待MAC地址表老化300s
2.等待ARP缓存清空重新广播获取MAC地址

拓扑变更通告 BPDU-TCN
下游交换机感知到拓扑变化时向上游发送的拓扑变化通知
（TCN告知上游交换机：我出现故障啦）会一直周期性发送TCN 直到收到确认
（TCA上游交换机收到TCN后回复下游交换机：我知道啦）
上游交换机继续向上发送TCN 直到根桥收到
根桥收到后（TC根桥收到TCN后回复下游：我也知道啦）

3.引入TCN TCA TC机制
检测到拓扑改变的交换机通过根端口向根桥发送TCN 上游交换机收到TCN后回应TCA 然后下游交换机停止发送TCN 再通过根端口发送TCN直至根桥收到根桥通过指定端口发送TC通知所有下游交换机把MAC地址表记录的老化时间从300s变为15s
使得链路切换与MAC地址表保持同步

传统二层交换的都会产生环路问题一般用STP+VRRP解决
但是STP的致命缺陷是等待时间过长在重要的项目中是等不起的
故有RSTP的产生同时在大型项目中引入交换机堆叠和链路聚合
堆叠又称多虚一（虚表示虚拟化）或集群
堆叠技术是厂商私有的

十一、STP配置

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