STP总结
STP总结
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一、生成树协议
为了保证交换网络高可用性，在交换机之间会使用冗余链路，由于网络中的泛洪机制可能 造成二层的桥接环路，会导致
1）广播风暴
2）MAC地址表的不稳定
3）同一数据帧的重复拷贝
生成树协议：在一个二层交换网络，逻辑的阻塞部分接口；当最佳路径故障时，自动疏通部分接口来实现链路备份；
生成树：在一个二层交换网络中，生成一棵树型结构，逻辑的阻塞部分接口，使得从根到所有的节点仅存在唯一的路径；当最佳路径故障时，自动打开部分阻塞端口，来实现线路备份的作用；
生成树在生成过程中，应该尽量的生成一棵星型结构，且最短路径树；
二、生成树类型
802.1D（标准生成树）
PVST/PVST+(CISCO)
RSTP(CISCO、快速生成树) /802.1W(公有)
MSTP=802.1S（多生成树协议）
三、802.1D（标准生成树）
一个交换网络内仅存在一棵生成树实例
1）BPDU（网桥协议数据单元）
交换机间使用BPDU交换机间沟通互动收发的数据，分为配置BPDU（用于生成树的选举以及重收敛），拓扑变更BPDU（通知交换网络出现了拓扑变更）
BPDU 的数据结构：
Protocol ID:协议ID
Version:STP版本
Message type:代表着BPDU的类型（0X00 配置 0X80 拓扑TC）
Flags:标记位，在802.1D 中，标识BPDU 是拓扑变更还是拓扑变更确认BPDU
Root ID:根标识符，用于标记一颗树的树根。与根网桥的BID一致
Cost of path:路径开销。在华为设备中，称作root path cost （RPC）根路径开销
Bridge ID:网桥标识符， BID ， 用于标识本设备在本生成树的唯一性
Port ID:端口标识符， PID ，用于标识设备上某接口的唯一性
Message age:在思科中默认为300s，就是对应的MAC地址条目的老化时间，（但实际上 该时间为此BPDU 经过的跳数）；华为中，代表着该BPDU传递的跳数（默认值为0，没经 过一台交换机值+1）
Max age:最大时间，可以理解为hello包的超时时间。默认时间为20s
hellotime:默认为2s ，BPDU 发送的间隔
Forward delay:转发延时，状态切换时间，默认为15s
BID：使用8字节构成，组成方式： BID优先级字段（4个bit）+扩展系统ID（12个 bit）+Mac地址（6个字节）
BID优先级： 4位，默认值为32768 ，范围0-65535（实际范围0-61440），越小越优。BID 优先级单位4096.调整BID优先级时 值必须为4096的倍数。
扩展系统ID： 8位，在802.1D和802.1W 无意义，在802.1S中有用的
Mac地址： 为交换机背板地址池中所有MAC地址中最小的，MAC地址越小越优。
PID：端口标识符 2个字节构成，组成部分：PID优先级（4个bit构成）+端口标识符（12个 bit构成）
PID优先级：默认值为126，范围0-255（时间范围0-240），单位16
Port number ：标识唯一性
Cost of path：根路径开销
不同带宽的链路使用不同的cost cost值：不同带宽 存在不同cost
802.1d标准 802.1T标准
10M = 100 1000M= 20000
100M=19 100M=200000
1000M=4
10000M=2
100000M=1
2）选举
【1】根网桥：在每一棵生成树实例中，有且仅有一台交换机作为根桥；负责发送BPDU，计算和指挥整个树的收敛；作为树形结构的根部，交换网络部分的中心节点；
对比BPDU中的桥ID； 桥ID= 网桥优先级 + MAC地址（本地背板池）
交换机作为网桥设备时，关注终端设备发送的数据帧中的MAC地址；但交换机本地无MAC；
需要运行STP协议的交换机，必须在出厂时由厂家进行MAC的写入-存储于交换机的背板地址池中
若交换的背板地址池中MAC地址为多个，将选择数值最小的地址来进行选举
先比较网桥优先级（0-65535，默认32768），小优；若优先级一致，比较MAC地址，数值小优；
【2】根端口（RP）：在每一台非根网桥上有且仅有一个接口；本地离根网桥最近的接口，用于接收来自根网桥的BPDU，同时转发终端的数据帧；
1）比较从根网桥发出，之后通过该接口进入时最小的cost值；
2）若入向的cost相同，比较接口对端的设备的BID，小优
3）若对端设备的BID相同，那么比较对端接口的PID；小优
4）若对端设备的PID相同，那么比较本地的PID，小优
PID=端口ID = 接口优先级（0-240，默认128 小优）+ 接口编号 先比较优先级，小优；若优先级相同比较接口编号，数值小优
【3】指定端口（DP）：在每一段运行了STP的物理链路上有且仅有一个接口；转发来自根网桥的BPDU，同时转发终端的数据帧；根网桥上所有接口均为指定端口；根端口的对端一定为指定端口；
1）比较转发来自根网桥的BPDU是，出项的最小cost值
2）若出向cost值相同，比较本地的BID，小优
3）若本地的BID相同，比较本地的PID，小优
4）若本地PID相同，将直接阻塞该端口
【4】非指定端口（NDP）：以上所有角色选举完成后，剩余各个接口的角色；该接口处于阻塞状态；被逻辑上关闭的接口
3）端口状态
1.disable -关闭状态 1.关闭生成树协议 2.接口物理关闭
2.listening -监听状态，可以发送并接收BPDU，不能发送和接收数据；（进行生成树选举的，根端口、指定端口15s后进入学习状态；非指定端口进入阻塞状态）
3.learning -学习状态，可以发送并接收BPDU，不能发送和接收数据；（学习MAC地址表，15s后进入转发状态）
4.forwarding-转发状态，可以发送并接收 BPDU和数据
5.blocking-阻塞状态 ，不能发送BPDU ，可以接收BPDU ，不能发送和接收数据
4）802.1D的收敛时间
1、初次收敛 30s 15s侦听+15s学习
2、结构变化
1）存在直连检测 –本地仅存在一个阻塞端口可以接收到来自根网桥的BPDU；需要30s收敛
2）无直连检测 — 20s hold time等待+30s收敛=50s
5）802.1D算法的缺点
1、收敛速度慢
2、链路利用率低 – 备份链路正常不转发数据
四、PVST
基于VLAN的生成树协议 依然沿用了802.1D的运算规则；
区别在于，一个VLAN中存在一棵树；
PVST cisco私有 基于vlan的生成树协议
在每个vlan内，存在一棵树，每棵树的工作原理同802.1d一致；不同vlan的BPDU区别在于网桥优先级；
优先级=4096倍数+vlan id 人为仅可修改4096倍数，且只能修改为4096的整倍
仅支持 trunk干道封装为ISL（cisco私有封装）
五、PVST +
在PVST的基础，兼容802.1q的trunk封装；且设计了部分的加速；
端口加速（接入层连接用户的接口）
上行链路加速-针对直连检测（接入层设备方可配置）
骨干加速—针对次优BPDU 剩去20s的hold time 所有交换机均可配置
缺点：1、收敛慢（加速不彻底） 2、树多（仅cisco存在单独的芯片，友商无法负荷）
六、RSTP（快速生成树）
cisco的RSTP — 基于vlan的快速生成树 一个vlan一棵树 pvst+的升级
公有RSTP（802.1w） — 整个交换网络一棵树 802.1d的升级
快速的原理：
1、取消了计时器，而是在一个状态工作完成后，直接进入下一状态；
2、分段式同步，两台设备间逐级收敛；使用请求和同意标记；依赖标记位的第1和第6位
3、BPDU的保活为6s；hello time 2s；
4、将端口加速（边缘接口）、上行链路加速、骨干加速集成了
5、兼容802.1d和PVST，但802.1d和PVST没有使用标记位中的第1-6位，故不能快速收敛；因此如果网络中有一台设备不支持快速收敛，那么其他开启快速收敛的设备也不能快速；
当tcn消息出现时，不需要等待根网桥的BPDU，就可以刷新本地的cam表；
七、MSTP/802.1S （多生成树）
华为设备默认使用该协议
继承了快速生成树的基础； 将多个vlan放置于一个组内，基于每个组一棵生成树；
不同组间的BPDU中优先级= 4096倍数+组号
息出现时，不需要等待根网桥的BPDU，就可以刷新本地的cam表；