STP-1 STP基础知识

Posted 2020-12-05

STP基础知识

一、 桥接环路的影响及STP的引入

在生产网络中，为了让链路存在冗余，在两个相连的设备间可能存在两条或多条链路。而这样，在没有生成树的情况下，会引起一些问题，下面我们通过一个拓扑来看看桥接环路会存在什么问题。

假设网络拓扑全部刚通电，现在PC1向PC2发送一个数据包，

1. 由于设备刚通电，交换机是没有MAC地址表的，所以交换机收到PC1（MAC 0011.111.1111）的数据包后，会将PC1与其对应端口绑定，形成一个MAC地址表的条目。

2. 接着，交换机查看数据帧，发现目的MAC地址为FFFF.FFFF.FFFF，交换机查询自己的MAC地址表，没有发现有相应的条目，于是，交换机将这个进行一次ARP广播，将这个数据帧从同一个VLAN内的其他接口转发出去，如果Trunk接口允许这个VLAN数据包通过，也会发送这个ARP包。

3. 交换机LSW1的G0/0/24接口收到这个数据帧以后，会将它从G0/0/1接口转发，LSW2的G0/0/1接口收到数据帧，由于它也没有关于MAC地址FFFF.FFFF.FFFF的表项，它也会将这个数据帧转发到接口G0/0/2，接下来交换机LSW1的接口G0/0/2也会收到这一个数据帧，这个帧的源MAC地址是1111.1111.1111。交换机LSW1会将MAC地址0011.1111.1111和端口G0/0/2进行绑定，这样，就引起了MAC地址表的不稳定。

4. 交换机LSW1收到的LSW2发过来的数据帧以后，它又会进行转发，一直循环，这个，就引起了广播风暴。

5. 不止这样，在第3步发生的同时，交换机也会将这个数据帧从G0/0/2进行转发，交换机LSW2会接到这个数据帧的第二个份，这样，引起了多帧复制的问题。

为了解决二层桥接的问题，科学家们设计出来了STP协议。

二、 STP的概念和端口角色

STP协议中文名称叫生成树协议，它通过STP算法，在二层网络中可以计算出一个无环的网络，具体的做法是，它可以阻塞掉网络中冗余的链路，而拓扑发生变化时，又可以及时将被阻塞的链路启用起来工作。下面我们来了解一下STP的一些基本概念。

1. 根桥：在一个二层网络中，具有最小桥ID的交换机成为根桥。桥ID由两个项组成：优先级+MAC地址，优先级是16位的数字，以4096为步长，取值范围0-65535。在一个二层网络中，只有一个根桥。

2. 根端口：每一个非根交换机需要选择一个根端口，这个根端口是指交换机上能够收到最优BPDU的端口。它的选择过程如下：首先，比较接收到的BPDU的桥ID，桥ID越小越优先；如果接收到的桥ID相同，则比较到达根桥的开销，开销越小越优先，如果开销值也一样，则比较发送BPDU的上游交换机的桥ID，越小越优先；如果发送者桥ID相同，则比较发送者的端口ID，端口ID越小越优先；如果前面的条件都相同，则比较交换机拟用于根端口选举的端口本身的ID，本身的端口ID越小越优先。

3. 指定端口：每一个网段（冲突域）需要选择一个端口做为指定端口，指定端口为每个网段转发发往根交换机的数据，也转发从根交换机发往本网段的数据。指定端口的选择，先比较网段两端的端口去往根桥的COST，越小越优先；如果COST一致，则比较该端口所属于交换机的桥ID，桥ID越小越优先；如果端口所属的桥ID一致，则比较端口ID，越小越优先。

4. 预备端口：当交换机上根端口和指定端口选举完成以后，其余的端口就成为了预备端口，预备端口是处于discarding状态的。

三、 STP的五种状态

1. disabled：当一个接口处于shutdown状态，它的STP状态为disabled。 不参与STP运算，不转发BPDU，不学习MAC地址，不转发数据包。

2. listening：当一个接口被启用，或者端口角色从alternate变成root 或者 designated端口时，它会过渡到侦听状态。参与STP运算，转发BPDU，不学习MAC地址，不转发数据包。

3. learnning：当一个接口处于侦听状态，经过15秒的转发延迟，端口角色没有发生变换为预备端口，它将过滤到学习状态，参与STP运算，转发BPDU，学习MAC地址，不转发数据包。

4. forwarding：当接口从学习状态经过15秒的转发延迟，端口角色没有变换为预备端口，那么它将过渡到转发状态，转发状态的接口，参与STP运算，转发BPDU，学习MAC地址，转发数据包。

5. blocking：当一个端口被选举为预备端口时，这个端口将转换为blocking状态，接收并处理BPDU，但不发送BPDU，不学习MAC地址，为转发数据帧。

四、STP的cost值

思科路径器的路径开销计算机有两种方法

一种是传统的802.1D算法，即100M为19，1000M为4 ，10G为2

第二种是新的算法，即802.1t，100M为200，000，1G带宽为20000，10G带宽为2000

默认情况下，思科路由器spanning-tree pathcost method long/short来区分。 长格式即802.1T，短格式即802.1D

Port Speed	Link Type	Path Cost
802.1D-1998	802.1T	Legacy
0		65,535	200,000,000	200,000
10Mbps	Half-Duplex	100	2,000,000	2,000
Full-Duplex	99	1,999,999	2,000
Aggregated Link 2 Ports	95	1,000,000	1,800
Aggregated Link 3 Ports	95	666,666	1,600
Aggregated Link 4 Ports	95	500,000	1,400
100Mbps	Half-Duplex	19	200,000	200
Full-Duplex	18	199,999	200
Aggregated Link 2 Ports	15	100,000	180
Aggregated Link 3 Ports	15	66,666	160
Aggregated Link 4 Ports	15	50,000	140
1000Mbps	Full-Duplex	4	20,000	20
Aggregated Link 2 Ports	3	10,000	18
Aggregated Link 3 Ports	3	6,666	16
Aggregated Link 4 Ports	3	5,000	14
10Gbps	Full-Duplex	2	2,000	2
Aggregated Link 2 Ports	1	1,000	1
Aggregated Link 3 Ports	1	666	1
Aggregated Link 4 Ports	1	500	1

华为交换机，默认使用的是802.1t的值

思科默认采用的802.1d，新款交换机采用的长格式

华三默认使用的是私有格式