STP重新收敛过程和补充内容

STP对次优BPDU的处理：

通常情况下，只有根桥交换机才会发送配置BPDU，其他非根网桥只从指定端口转发从根端口接收到的配置BDPU。但是在上图的环境下，S4新加入了环境中，认为自己是根，发送相应的BPDU。非根网桥指定端口只有在接收到次优BPDU时，才会主动发送最优BPDU，然后对方接收到以后，用更优先的BPUD更新自己的BPDU。

拓扑描述：
当S2收到S4的次优BPDU后，这是因为网桥都会保存当前最优的配置BPDU，会向S4发送最优的BPDU。S4收到了回应的BPDU后，将根桥设置为S1，连接入网络的端口设置为根接口。

补充：阻塞端口和根接口收到在次优的BPDU将不会处理。如果阻塞接口和根接口在MAX Age中一直收到次优的BPDU，而没有其他的BPDU，则超时后变为指定接口，再主动向下行发送自己计算出的BPDU。

STP临时环路的产生：

拓扑描述：
假设开始时拓扑如左侧所示，且路径开销均相同。交换机S1、S2和S3相连，根桥确定为S1，相应互联端口均处于转发状态。当S1和S2之间新增链路后，最开始两个接口都认为自己是指定接口，S2收到S1和S3发送的BPDU，经计算，S2确定与S1互联的端口为新的根端口，与S3互联的端口为指定端口。这样，所有端口要么是根端口，要么是指定端口，即均处于转发状态，于是便产生了环路。只有当配置BDPU传播到每个网桥，交换机S2经过计算阻塞与S3互联的端口，环路才会消除。

所以在一个端口从不转发状态进入转发状态之前（例如S2与S1的互连端口），需要等待一段足够长的时间（2个forward delay），以使需要进入阻塞状态的端口有足够的时间完成生成树计算，并停止转发数据。

STP环境中的收敛时长：30s或者48s-50s

根桥失效：
当S1出现故障（例如关闭了stp协议），S2和S3的根端口都不能收到来自根桥的BPDU报文，他们在等待最长max age时间后，才能发现根桥失效，进而进行新的根桥选举、根端口和指定端口的确定。所以到达最终的拓扑稳定需要经历BPDU的老化、2个forwarding delay（listening+learning）时长，即50秒。当然，指定接口没有收到BPDU报文是正常的情况，阻塞接口20s内没有收到对方的更优的BPDU自己会变为指定接口并且进入监听状态。48s指的是根端口已经收到2s以后，链路才发生故障，这样从故障到最终完成重新收敛为48s。

链路失效：
当S3连接S1的链路失效后，S3马上感知到这一情况的发生。S3的阻塞端口立即进入listening状态，并发送以自己为根的配置BPDU。S2收到S3的次优BPDU后，立即回复以S1为根的配置BPDU，因此S2连接S3的端口成为根端口，S3连接S2的端口成为指定端口。S3的面向S2的端口状态要经历listening、learning再到forwarding，即经历30秒。

链路失效或者链路增加均需要经历30秒，才能恢复故障。

当拓扑发送改变，STP重新计算的过程：

配置BPDU的FLAG字段：

第一位表示是TC的配置报文，第八位表示为TCA的配置报文，注意这是配置报文，并不是TCN BPDU，没有置位表示普通的配置BPDU。

配置BPDU和TCN BPDU：
配置BPDU 34个字节，且类型字段取值为固定的0x00，TCN BPDU只有4字节，也就是配置BPDU的前3个字段，并且类型字段取值为固定的0x80。

流程：

在网络拓扑发生变化后，有端口转为转发状态的下游设备会不间断地向上游设备发送TCN BPDU报文。
上游设备收到下游设备发来的TCN BPDU报文后，只有指定端口处理TCN BPDU报文。其它端口也有可能收到TCN BPDU报文，但不会处理。
上游设备会把配置BPDU报文中的Flags的TCA位设置1，然后通过接收到TCN BPDU的接口发送给下游设备，告知下游设备停止发送TCN BPDU报文。
上游设备复制一份TCN BPDU报文，从根接口向根桥方向发送。
重复步骤1、2、3、4，直到根桥收到TCN BPDU报文。
根桥收到TCN BPDU后，会将下一个要发送的配置BPDU中的TCA位置位，从相应接收到的指定接口发送出去，作为对收到的TCN的确认，还会将该配置BPDU报文中的Flags的TC位置1，从自己所有的指定接口发送出去，用于通知所有网桥拓扑发生了变化。
根桥在之后的max age+forwarding delay时间内，将发送BPDU中的TC置位的报文，收到该配置BDPU的网桥，会将自身MAC地址老化时间缩短为forwarding delay。
当非根桥从自己的根端口接收到以后TC位为1的BPDU后将从自己的所有指定接口复制一份发送出去。

拓扑描述：

拓扑中，经由STP计算，S1为根桥，S4的E1端口被阻塞。
当S3的面向PC1的链路断掉之后，网络中的STP将进行重算，S4的E1端口将转变为指定端口（经过20s对方没有发送BPDU报文），然后经过30s进入转发状态，此时S4会向上游发送TCN消息。这里如果拓扑没有PC机，而是两个交换机直接连接，一边断开后，另外一边的链路也down掉。
S2收到S3的TCN消息之后，将下一个配置BPDU中的TCA置位并从端口E3发送给S4，S2也从自己的根端口E1向根发送TCN BPDU。
S1收到S2发送的TCN消息之后，将下一个配置BPDU中的TCA和TC置位并从指定端口E1发送给S2。此后的（20秒+15秒）时间内，S1均将配置BPDU中的TC置位，各个网桥收到TC置位的BPDU后，将MAC地址的老化时间置为15秒。
于是网络拓扑改变后，网络中交换机上的MAC地址表将很快收敛，避免无效流量浪费带宽。

参考资料：华为HCIE培训文档