STP–生成樹協議

由於冗餘備份的需要，在一個複雜的網路結構中，難免會出現環路。

生成樹協議STP可以將一個環形網路修剪為一個無環的樹形網路，可以避免形成環路，導致廣播風暴。

原理

在網路剛開始執行階段，所有交換機都會從所有埠傳送BPDU報文，大家都認為自己是根橋，隨著BPDU報文的泛洪和收集，根據BPDU中包含的資訊，選舉唯一根橋。在此之後，根橋以預設2s為週期廣播BPDU報文，所有非根橋從自己的根埠收到BPDU報文，再從自己的指定埠產生BPDU報文發出去。被阻塞的非指定埠會源源不斷的收到鏈路上的BPDU報文並一直偵聽，當在一定時間內沒有收到BPDU報文時，則認為鏈路出現了故障，開始進入新的收斂階段。

原理解釋

相關概念

根橋

樹形網路結構必須有樹根，根橋就是樹根，根橋有且只有一個。

• 選舉規則：

  ​ - 比較橋ID，先比較優先順序，再比較MAC地址，小的優先。

橋ID–Bridge ID

一個交換機裝置在STP協議中的編號ID。

橋ID = 橋優先順序（2個位元組） + 橋MAC地址（6個位元組）

橋ID最小的被選舉為根橋。預設32768

RID–Root ID

根橋的橋ID

COST OF PAHT

路徑開銷。選擇鏈路時的參考值，優先選擇開銷較小的路徑。

PID–port ID

PID = 埠優先順序（4bit） + 埠號（12bit）

在選擇指定埠時，當路徑開銷與BID都相同時比較PID，優先選擇PID小的。

埠

根埠–RP

非根橋上離根橋開銷最小的埠。一個非根橋上只有一個根埠。

指定埠–DP

每條鏈路上去往根橋開銷最小的埠稱為指定埠。

• 選舉規則
  1. 開銷小優先
  2. BPDU報文傳送者的橋ID小的優先
  3. BPDU報文傳送者的PID小的優先
  4. BPDU報文接收者的PID小的優先

BPDU報文

選舉規則

1. 選根橋
2. 每個非根橋上選舉一個根埠
3. 每條鏈路上選舉一個指定埠。根橋的所有埠都是指定埠
4. 既不是根埠，也不是指定埠的其他埠被阻塞。

埠狀態

BPDU報文的兩種型別

• Configuratoin BPDU：健康網路中的配置BPDU（主要）
• TCN BPDU：下游向上遊傳送的拓撲變化通知BPDU。
  • TCN BPDU報文只能由非根橋發出，通告給根橋。
  • TCA BPDU報文是用於確認接收到TCN BPDU報文，
  • TC BPDU報文由根橋傳送，連續傳送35s，非根橋收到TC BPDU報文後會將MAC地址的老化時間設為15s，加速老化。

拓撲變化：

1. 如果非根橋上發生拓撲變化，向根橋傳送TCN BPDU包，通告根橋拓撲已改變。
2. 上聯的非根橋從指定埠收到TCN BPDU包後，會向傳送者回復TCA flag位置位的配置BPDU包，同時繼續向根橋傳送TCN BPDU包。
3. 根橋收到TCN BPDU包後，向傳送者回復TCA Flag位置位的配置BPDU包，同時向所有指定埠傳送TC Flag位置位的配置BPDU包。TC置位的配置BPDU包會連續傳送35s，同時將自己的MAC aging 設定為15s。
4. 其他非根橋收到TC置位的配置BPDU包後，將自己的MAC地址的老化時間設定為15s，加速老化。

觸發拓撲變化條件：

1. 一個埠從forwarding狀態過渡到disable或blocking狀態。
2. 一個非根橋如果從指定埠接收到TCN BPDU包，需要向根橋發TCN BPDU包。
3. 一個埠進入轉發狀態，並且本地已存在一個指定埠。

生成樹協議的比較

RSTP能夠在大約1分鐘內恢復連線，並進行快速收斂。

原理：為交換機上的不同埠分配埠角色，在出現故障後，交換機之間實施明確的握手協議，完成快速收斂。

埠角色：

root port,

designated port,

alternative port,

backupport.

配置

portfast一般用在接入終端裝置上，使其立即進入轉發狀態。

bpdu guard用在防止交換機接入到portfast埠。影響原來的樹結構。

root guard防止新接入的交換機搶佔根橋，改變樹結構。stp都是具有搶佔性的。