STP技術
STP技術
環路引起的問題
1、廣播風暴
2、mac地址表不穩定
環路的危害總結
環路的現象
1、交換機埠指示燈以相同的頻率快速閃爍
2、交換機mac地址表震盪
環路的危害
1、鏈路堵塞
廣播報文在二層網路中不斷泛洪，所有鏈路都被大量的廣播報文充斥
2、主作業系統響應遲緩
主機網絡卡接收到大量的廣播報文，作業系統呼叫大量的cpu程序資源來識別這些廣播報文
3、二層交換機管理緩慢
大量二層協議廣播需要二層交換機cpu處理，浪費大量資源，對正常的請求無法響應
4、衝擊閘道器裝置的cpu
對閘道器ip地址的arp請求報文，經過環路的複製轉發，不斷地傳送到閘道器裝置，閘道器裝置的cpu 壓力不斷增大，甚至崩潰
STP的概念及應用場景
stp全稱為生成樹協議（spanning tree protocol）是用於在區域網中消除資料鏈路層物理環路的協 議
通過在橋之間交換BPDU(bridge protocol data unit，橋協議資料單元)，來保證裝置完成生成樹的 計算過程
stp的作用
1、通過阻斷冗餘鏈路來消除橋接網路中可能存在的路徑環路
2、當前路徑發生故障時，啟用冗餘備份鏈路，回覆網路連通性
802.1D生成樹的原理
生成樹工作原理
配置了生成樹的交換機之間通過傳遞配置BPDU，比較報文中攜帶的引數，完成以下工作：
1、在一組運stp的交換機中選出一個根網橋
2、每個非根交換機選擇一個根埠
3、每個交換網段選擇一個除根埠之外的轉發埠----指定埠
4、堵塞其他（非根非指定埠即阻塞埠）埠
生成樹基本計算過程----選舉根交換機
方法：比較優先順序，在比較mac地址，最小mac地址為根橋。
特性：
1、根橋交換機所有介面永遠不會出現阻塞狀態。
2、根橋的所有埠都是指定埠，指定埠被標記為轉發埠
選舉非根交換機的埠
按如下順序選舉，滿足條件即停止：
1、計算非根交換機到達根橋的鏈路開銷
2、比較非根交換機的上行交換機橋id（由優先順序與mac地址決定）
3、上行交換機的最小埠號所連線的非交換機的埠為根埠
選舉網段的指定埠
配置BPDU引數
網橋id由交換機的優先順序與mac地址組成
網橋優先順序取值範圍0-65535（預設32768），必須是4096的倍數
埠id由傳送埠的優先順序與埠號組成
埠優先順序取值範圍0-255（預設128），必須是16的倍數
路徑開銷（path cost）衡量橋與橋之間的路徑優劣，埠型別和頻寬決定了該埠的路徑開銷
根交換機的根路徑開銷為零。其他交換機收到BPDU後，把報文中的跟路徑開銷加上接收埠路徑 開銷，得到該埠的“根路徑開銷”（root path cost），根路徑開銷反映了某埠到根交換機的遠近
STP協議報文
BPDU的優劣
配置BPDU的比較
交換機遵從下面的比較原則，比較各個埠接收或快取的BPDU，選擇最優BPDU
1、先比較根網橋ID，越小越好
2、如果根網橋ID相等，根路徑開銷越小越好
3、如果根網橋id和根路徑開銷相等，傳送網橋id越小越好
4、如果根網橋id、根路徑開銷和傳送網橋id相等，傳送埠id越小越好
BPDU報文處理
BPDU在網路中的中繼過程
網路起始，stp啟動，交換機都認為自己是根網橋，傳送BPDU
網路穩定，根網橋傳送BPDU，其他交換機中繼根網橋的BPDU。
STP埠判定
1、選舉根網橋，比較網橋ID，根網橋上的所有埠都是指定埠。
2、先擇根埠，以此比較根路徑開銷、傳送方網橋id，傳送方埠id
3、選擇指定埠，依次比較根路徑開銷，傳送方網橋id、傳送方埠id
STP埠狀態描述
| 埠狀態 | 描述 |
|---|---|
| disabled埠沒有啟用 | 此狀態下埠不轉發資料幀，不學習mac地址表，不參加生成樹的計算 |
| blocking阻塞狀態 | 在此狀態下埠不轉發資料幀，不學習mac地址表，在此狀態下埠接受並處理BPDU，但是不向外發送BPDU |
| listening偵聽狀態 | 此狀態下埠不轉發資料幀，不學習mac地址表，只參與生成樹計算，接受併發送BPDU |
| learning學習狀態 | 此狀態下不轉發資料幀，但是學習mac地址表，參與計算生成樹，接受併發送BPDU |
| forwarding轉發狀態 | 此狀態下埠正常轉發資料幀，學習mac地址表，參與計算生成樹，接受併發送BPDU |
STP埠狀態轉移
stp計時器
---hello timer（hello時間）
根網橋傳送配置BPDU的週期，預設為2秒
---forward delay（轉發時延）
配置BPDU傳播到全網的最大時延，預設為15秒
---message age（訊息老化時間）
配置BPDU從根網橋生成開始，到當前為止所經過的時間
---max message age（最大老化時間）
配置BPDU存活的最大時間
stp預設為20秒（10個hello週期）
stp埠狀態遷移
阻塞埠
1、一直停留在阻塞狀態
2、在最大老化時間（20秒）之內沒有收到BPDU，就會成指定埠，然後切換成監聽狀態，重 新進行網路收斂。
網路拓撲變化---stp網路收斂
直接收斂與間接收斂