STP--生成树协议（简单理解）

Posted 2020-10-11

为什么要有生成树协议（spanning-tree protocol）？

   在传统的交换网络中会产生故障（单点故障），导致主机通信失败。

例如：sw3 Fas0/23 端口故障，则PC1/PC2 无法与PC3 通信

   单点故障如何解决？

   1.增加冗余链路

   2.增加冗余设备

例如：增加冗余链路（sw1与sw3 相连）

      即使sw3 fas0/23 端口故障，SW2发送的广播包也可通过sw1进行转发，从而转发给sw3，即可实现PC1/PC2/PC3 之间的主机通信。

   增加冗余链路的情况下，会产生什么问题？

     在增加冗余链路的情况下，产生环路的数据（即广播风暴），会不断的在网络中进行传输，从而消耗网络中链路资源和设备资源。

  如图，假设所有的端口均无故障，增加冗余链路（sw1与sw3相连），sw1在发出广播后，sw2（sw3）收到并转发给sw3（sw2），sw3（sw2）收到并转发给sw1，从而形成环路（广播风暴），消耗网络链路中的资源。

如何解决这个问题？

     STP（spanning-tree protocol）---生成协议

    作用----存在冗余链路的情况下，实现环路保护，（即线路故障时，阻塞端口打开，恢复数据通信）

    实现----BPDU（网桥协议数据单元）

    分类----PVST/RSTP/MSTP

   工作过程

  1.确定交换机的角色

     分类：

           根交换机（只有一个）

           非根交换机（除根交换机以外的交换机）

     原则：

           比较每个交换机的BID（桥ID），越小越好

           组成：优先级+MAC地址（基MAC）

                 优先级：默认是32768

                  MAC地址：交换机主板MAC地址

                   sw#show version

  2.确定端口角色

     分类：

          根端口---在非根交换机上距离根交换机最近的端口

        指定端口---每一个冲突域中，距离根交换机最近的端口

               （冲突域---交换机端口互联形成）---根交换机上的端口均为指定端口

      非指定端口---除根端口及指定端口以外的交换机端口

   判断思路----首先判断根端口----->再判断指定端口------>最后判断非指定端口

    

如何表示上文中“最近“这个距离？

            在STP中，通过cost 表示一个路径的距离

         对于某些链路，均有默认的cost值：

          10 M --- cost 100

          100M --- cost 19

          1000M（1G） ---- cost 4

          10000M（10G） ---- cost 2

    通过什么来判断端口所属角色？

       BPDU--桥协议数据单元

        root-id      //表示根交换机是谁

        cost        //表示发送该BPDU协议的交换机到达根交换的距离

        BID         //表示发送该BPDU的交换机的名字

        Port-id      //表示发送方交换机是在那个端口发送出来的

                    （组成--优先级（默认128）+MAC地址） 

                  以上都是越小越好!!!

例如：如图，sw2为根交换机（RootSwitch），sw1，sw3为非根交换机，

判断sw1上两个端口哪个是根端口，根据 BPDU-桥协议数据单元，root-id 都为sw2，fas0/11的cost值为19（路径--sw1--sw2），fas0/13的cost值为38（路径--sw1-sw3-sw2），则 fas0/11为根端口。

sw3上的两个端口哪个是根端口：根据 BPDU-桥协议数据单元，root-id 都为sw2，fas0/23的cost值19（路径--sw3--sw2），fas0/13的cost值为38（路径--sw3-sw1-sw2），则fas0/23为根端口。

sw4 上的两个端口哪个是根端口：根据 BPDU-桥协议数据单元，root-id 都为sw2，fas0/16的cost值38（路径--sw4--sw3--sw2），fas0/15的cost值为38（路径--sw4-sw3- sw2），继续判断BID，都是SW4，相同，继续判断Port-id（发送方交换机是在哪个端口发送进来的）

即sw3 fas0/11---->sw4 fas0/16

sw3 fas0/12---->sw4 fas0/15

由于是sw3 发送BPDU 给sw4，则看sw3上连接sw4的两个端口离根交换机的远近。 sw3上 fas0/11 和fas0/12的root-id，cost值（sw3-sw2--19）BID（优先级+基MAC）相同，最后看Port-id（优先级+端口号）

优先级都默认为128，端口号fas0/11 小于fas0/12，则根端口为sw3 fas0/11端口所对应的sw4 fas0/16端口。

再判断指定端口：指定端口---每一个冲突域中，距离根交换机最近的端口

          根交换机上的端口都是指定端口。即sw2上 fas0/12 fas0/13为指定端口

在sw1 fas0/13 和sw3 fas0/13 端口连接形成冲突域中，sw1 fas0/13 sw3 fas0/13 的root-id 都为sw2

cost值都为19（sw1-->sw2/sw3-->sw2）则比较BID，优先级都是32768，基MAC 不同，由于sw1基MAC小于sw3基MAC，则sw1的fas0/13为指定端口。

   sw#show spanning-tree
....

3.确定端口状态

     disable    //相当于shutdown，此时端口不能使用；

     listening   //侦听，该状态侦听的是BPDU，用于确定端口角色（15s）

     learning   //学习，该状态学习的是MAC，形成MAC地址表（15s）

     forwarding //转发，即端口的最终转发状态；（根端口，指定端口最终都是forwarding状态）

     block     //阻塞，此时端口是不可以发送数据的；（非指定端口都是block状态）