STP基礎知識

一、 橋接環路的影響及STP的引入

在生產網路中，為了讓鏈路存在冗餘，在兩個相連的裝置間可能存在兩條或多條鏈路。而這樣，在沒有生成樹的情況下，會引起一些問題，下面我們通過一個拓撲來看看橋接環路會存在什麼問題。

假設網路拓撲全部剛通電，現在PC1向PC2傳送一個數據包：

1. 由於裝置剛通電，交換機是沒有MAC地址表的，所以交換機收到PC1（MAC 0011.111.1111）的資料包後，會將PC1與其對應埠繫結，形成一個MAC地址表的條目。

   
   

2. 接著，交換機檢視資料幀，發現目的MAC地址為FFFF.FFFF.FFFF，交換機查詢自己的MAC地址表，沒有發現有相應的條目，於是，交換機將這個進行一次ARP廣播，將這個資料幀從同一個VLAN內的其他介面轉發出去，如果Trunk介面允許這個VLAN資料包通過，也會發送這個ARP包。

3. 交換機LSW1的G0/0/24介面收到這個資料幀以後，會將它從G0/0/1介面轉發，LSW2的G0/0/1介面收到資料幀，由於它也沒有關於MAC地址FFFF.FFFF.FFFF的表項，它也會將這個資料幀轉發到介面G0/0/2，接下來交換機LSW1的介面G0/0/2也會收到這一個資料幀，這個幀的源MAC地址是1111.1111.1111。交換機LSW1會將MAC地址0011.1111.1111和埠G0/0/2進行繫結，這樣，就引起了MAC地址表的不穩定。

4. 交換機LSW1收到的LSW2發過來的資料幀以後，它又會進行轉發，一直迴圈，這個，就引起了廣播風暴。

5. 不止這樣，在第3步發生的同時，交換機也會將這個資料幀從G0/0/2進行轉發，交換機LSW2會接到這個資料幀的第二個份，這樣，引起了多幀複製的問題。

為了解決二層橋接的問題，科學家們設計出來了STP協議。

二、 STP的概念和埠角色

STP協議中文名稱叫生成樹協議，它通過STP演算法，在二層網路中可以計算出一個無環的網路，具體的做法是，它可以阻塞掉網路中冗餘的鏈路，而拓撲發生變化時，又可以及時將被阻塞的鏈路啟用起來工作。下面我們來了解一下STP的一些基本概念。

1. 根橋：在一個二層網路中，具有最小橋ID的交換機成為根橋。橋ID由兩個項組成：優先順序+MAC地址，優先順序是16位的數字，以4096為步長，取值範圍0-65535。在一個二層網路中，只有一個根橋。

2. 根埠：每一個非根交換機需要選擇一個根埠，這個根埠是指交換機上能夠收到最優BPDU的埠。它的選擇過程如下：首先，比較接收到的BPDU的橋ID，橋ID越小越優先；如果接收到的橋ID相同，則比較到達根橋的開銷，開銷越小越優先，如果開銷值也一樣，則比較傳送BPDU的上游交換機的橋ID，越小越優先；如果傳送者橋ID相同，則比較傳送者的埠ID，埠ID越小越優先；如果前面的條件都相同，則比較交換機擬用於根埠選舉的埠本身的ID，本身的埠ID越小越優先。

3. 指定埠：每一個網段（衝突域）需要選擇一個埠做為指定埠，指定埠為每個網段轉發發往根交換機的資料，也轉發從根交換機發往本網段的資料。指定埠的選擇，先比較網段兩端的埠去往根橋的COST，越小越優先；如果COST一致，則比較該埠所屬於交換機的橋ID，橋ID越小越優先；如果埠所屬的橋ID一致，則比較埠ID，越小越優先。

4. 預備埠：當交換機上根埠和指定埠選舉完成以後，其餘的埠就成為了預備埠，預備埠是處於discarding狀態的。

三、 STP的五種狀態

1. disabled：當一個介面處於shutdown狀態，它的STP狀態為disabled。 不參與STP運算，不轉發BPDU，不學習MAC地址，不轉發資料包。

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2. listening：當一個埠的角色從alternate變成root 或者 designated埠時，它會過渡到偵聽狀態。參與STP運算，轉發BPDU，不學習MAC地址，不轉發資料包。

3. learnning：當一個介面處於偵聽狀態，經過15秒的轉發延遲，埠角色沒有發生變換為預備埠，它將過濾到學習狀態，參與STP運算，轉發BPDU，學習MAC地址，不轉發資料包。

4. forwarding：當介面從學習狀態經過15秒的轉發延遲，埠角色沒有變換為預備埠，那麼它將過渡到轉發狀態，轉發狀態的介面，參與STP運算，轉發BPDU，學習MAC地址，轉發資料包。

5. blocking：當一個埠被選舉為預備埠時，這個埠將轉換為blocking狀態，或者當一個介面使能後，將處於block狀態。接收並處理BPDU，但不傳送BPDU，不學習MAC地址，為轉發資料幀。（預備埠最終狀態）

四、STP的cost值

下表的路徑開銷包括了三種類別，一個是802.1D演算法，即 cisco預設的格式，還有一種是802.1T演算法，cisco的長格式以及華為使用的cost就是這種，還有一種是華三思有的演算法，下圖是從華三的書本上摘抄下來的。

思科路徑器的路徑開銷計算機有兩種方法

一種是傳統的802.1D演算法，即100M為19，1000M為4 ，10G為2

第二種是新的演算法，即802.1t，100M為200，000，1G頻寬為20000，10G頻寬為2000

預設情況下，思科路由器spanning-tree pathcost method long/short來區分。 長格式即802.1T，短格式即802.1D

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