STP学习总结

Posted 2020-10-09

STP是广泛应用在二层的具有冗余的网络中用来消除环路的一种机制，当然二层环网中用来消除环路的技术还有RRPP和H3C的smart-link技术等。

一、STP的一些基本概念

STP是IEEE802.3D定义的，在二层网络中阻塞冗余链路，消除环路的一种，STP包含：STP、RSTP和MSTP等。

1、  根桥：网络中根优先级最小的那台交换机称为根桥，默认的优先级为32768。根桥优先级的步长为4096的整数倍，取值范围为0~61140。

2、  桥优先级：表示桥的优先级。

3、  根端口：根桥上的所有端口都是根端口，非根桥上离根桥开销最小的那个端口称为根端口。

4、  指定端口：在指定的物理网段上到根桥开销最小的那个端口。

5、  桥ID：桥优先级由桥MAC两部分组成。桥ID越小越有可能称为根桥。

6、  路径开销用来衡量桥与桥之间链路的优劣。

7、  BPDU：桥协议数据单元，在STP中存在两种BPDU，一种为配置BPDU，另外的一种为TCN  BPDU，用来通告拓扑的变化。

二、STP计算过程

1、  根桥的选举

假设SW1的桥优先级为0，当上图网络中的所有设备启用STP特性后，会从和其他交换机相连的端口泛红以自己为根桥的BPDU，当交换机收到比自己更优的根桥ID的时候，便会使用该值填充BPDU中根桥的字段，通过一段时间的相互发送和比较后，由于SW1的交换机手工设置的优先级为0，此时，在整个网络中SW1为根桥。

2、  端口角色的确定

根桥上的端口都是指定端口DP，那么上图SW1的1和2号端口为指定端口，SW2为1-3网段的指定桥，SW3为2-4网段的指定桥，3和4端口为根端口，3-4网段1-3的路径比经过3-4-2这样的路径的开销要小，因此3号口味3-4网段的指定端口，阻塞4号端口。

SW4到达根桥的开销走7-5-3-1和8-6-4-2都是一致的，此时将会进行指定桥优先级，此时7为根端口。

SW5到达根桥的开销无论怎么出发都是一致的，此时将会进行指定桥端口的优先级，优先级小者优先，因此9号端口为根端口。

三、STP的端口状态

STP的端口状态包括：disable 、blocking、Listening、learning、Forwarding等状态，disable状态即端口没有启用stp特性，此时端口正常首发用户数据帧。

Blocking状态：端口处于阻塞状态的时候，仅接受BPDU，不发送BPDU。

Listening状态：端口处于监听状态，该状态是一个过渡状态，此时端口从blocking开始学习mac。但是在该状态仍然不进行用户数据帧的转发。

Learning状态：端口处于MAC学习状态，该状态规定仍然不进行用户数据帧的转发。

Forwarding状态：转发状态，只有当端口改变成为forwarding状态的时候才会进行数据帧的转发

四、STP的拓扑的处理机制

在STP中，从listening状态到forwarding需要经过两倍的Forward-delay时间，Forward-delay的时间为15s。

在STP中，当根桥选择完毕之后，根桥产生的BPDU从指定端口发出，非根桥从根端口接受，从指定接口转发出去，非根桥本省并不产生自身的BPDU。

当拓扑变化的时候，网桥感知拓扑变化，产生TCN置位的BPDU，通知根桥，根桥接收后会发送TCA置位的BPDU，并且产生TC置位的BPDU，下游网桥接收到根桥发送的TC置位的BPDU，会将MAC的老化时间设置为15s。

因此在STP中，当拓扑发生变化的时候网络的收敛时间可能为30s或者50s。

BPDU报文中的flag字段的第0位置1为TCN报文，第7位置1为TCA报文。

五、STP的缺点

1、  拓扑的收敛速度很慢，不适用于灵敏性的应用。

2、  当网络中的大量主机上线和下线时，拓扑会发生变化，对拓扑的控制不够灵活。

六、RSTP协议

802.3w规定的快速生成树协议，收敛机制和拓扑变化相应机制比STP快很多，主要的亮点有：

1、边缘端口

 RSTP中可以手动将一些连接终端设备的端口设置为边缘端口，当一个端口被设置为边缘端口后，主机接入后可以直接进入转发状态，而且边缘端口主机频繁上线和下线时不会对整个拓扑造成影响。

3、  端口是根端口

在RSTP中，Alternate端口是根端口的一个备份口，当根端口故障时，备份端口可以马上进入转发状态，几乎不需要延迟。

4、  端口是指定端口

RSTP中指定了P/A机制，指定借口可以和对端网桥进行一次握手，即可进入转发状态，不依赖任何计数器，但是握手的前提必须是在点到点的链路中。

5、  P/A机制

BPDU报文中的flag字段，第一位是P置位，第六位是A置位。

6、  收敛机制

下游网桥收到TC置位的BPDU后会清除除TC报文接受端口除外的其余端口的MAC地址，并在两倍的Hello-time时间内向指定端口和根端口发送TC置位的RST BPDU。

7、  RSTP 可以兼容STP。

七、MSTP

Mstp是802.s规定的，可以实现不同vlan的流量的负载和多实例。

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