Hello~

大家好~ 我这个小白又出现了~ 今天跟大家说一说我们交换网络中的STP生成树协议

首先

还是很感谢大家给我这个小白一个机会来说说STP生成树协议的。
（以下内容均为个人总结，如有不对，请大家指正，谢谢）

STP生成树协议的作用

stp通过阻塞端口来消除环路，并实现链路备份

STP实现（选出根端口的过程）

1. 选举一个根桥
2. 每个非根交换机上选举一个根端口
3. 每个网段选举一个指定端口
4. 阻塞非根，非指定端口

根桥的选举(根据 桥ID/Bridge ID来选举)

桥ID(BridgeID)又交换机优先级+MAC地址(48位)组成，优先级可以进行手工的配置（0~65535），默认的优先级是32768，优先级数值越低，优先级越高。优先级相同时，比较交换机上最小的MAC地址，MAC地址越小，越优先。

注： 每一台交换机在启动STP时，都认为自己是根桥

如下图，此图中SWA为根桥

根端口的选举

根据该端口的根路径开销，对端的BID(BridgeID)，对端PID，本端的PID来进行选举。
根路径开销越小，越优先；对端BID越小越优先；对端PID越小，越优先；本端PID越小，越优先。

PID 由端口优先级+端口ID组成
端口优先级可手动配置，默认为128；端口ID就是端口号

例1
如图，假设每条链路的开销都为1，对于左下角的交换机来说，1号端口和2号端口的跟枯井开销是不一样的，而且很明显1端口的根路径开销更小为1，而2号端口的根路径开销为2。
所以此图中1号端口为根端口
总结：根桥相对的端口一定为根端口

例2

在这个图中，我们可以看到对于交换机C来说，1号端口和2号端口的根路径开销是一样的，那么我们来比较两端口对端交换机的BID，也就是交换机B和交换机C的BID，谁的BID越小，所对应D交换机上的端口就是根端口

例3

在此图中，交换机D上的1端口和2端口根路径开销相同，对端的BID也相同，所以开始比较对端的PID ，比较根桥中A,B两呃呃端口的PID，那个小，所对应的端口就是根端口。

例4

在此图中，交换机B两端口的跟路径开销，对端BID(Root)，对端PID(对端交换机，hub不算) 都一样，所以开始比较本端的PID；假如端口优先级都为默认128，那么1端口的端口号小，所以1 端口为根端口

指定端口的选举

(注：根端口是在交换机上进行选举，而指定端口是在网段上进行选举的)

指定端口根据 跟路径开销，BID，PID来进行选举。

例1

三台交换机中。每两台交换机间都是一个网段
AB与AC之间的两个网段中，跟桥上的端口都是指定端口，因为根桥上的端口根路径开销都为0，BC之间的网段，根路径开销相同，那么比较两交换机的BID，谁的BID小，谁的端口为指定端口。

例2
还有一种特别特殊的情况，就是在连接过程中形成了 “自环”

此图中，形成了交换机的自环，根路径开销相同，BID相同，所以比较PID，1端口的PID小，所以1端口为指定端口

最后，阻塞其他端口

网络收敛后，只有指定端口和根端口可以转发数据，其他端口为预备端口，被阻塞我，只能接收BPDU报文（后文介绍）来监视链路状态。

端口状态转换

在STP协议中交换机端口总共有5种状态

1. Disable：禁用状态，端口不可用。
2. Blocking：阻塞状态，仅能接收BPDU报文，但是不能进行任何转发，是预备端口/阻塞端口的最终状态。
3. Listening：侦听状态，可以转发BPDU报文，但是不能转发用户流量。
4. Learning：学习状态，可以收到用户流量，可以构建MAC地址表象，不能转发用户流量
5. . Forwarding：转发状态，既能转发用户数据，又能转发BPDU报文；只有根端口和指定端口可以处于转发状态，也是根端口和指定端口是最终状态。

从listening状态到learning状态，再到forwarding状态需要经过两个 15s 的forward delay定时器，需等待15s后才可以进入下一状态。

BPDU报文

BPDU报文包含了：桥ID，根路径开销，端口ID，计时器等等。
计时器：HelloTime，MessageAge，MaxAge

BPDU报文可以分为：配置BPDU 和 TCN BPDU
通常情况下我们使用配置BPDU，只有在网络拓扑结构发生改变时才会使用TCN BPDU。
下面我们再来说几个概念：

• Message Age：配置BPDU在网络中最大生存周期

• Max Age：配置BPDU在设备中能保存的最大生存周期
  （后面会向对两者进行详细说明）

• Hello Time：发送BPDU的周期

• Fwd delay(Forward delay)：端口状态迁移时间
  注：
  Message Age：从根桥到当前交换机经过的时间，根桥发出时为0，到达一个交换机就+1，用来限制网络拓扑中最大的交换机个数，最大不能超过Max Age，否则该BPDU就会被丢弃，判定为网络直径过大，根桥连接失败。
  
  Max Age：BPDU报文的老化时间（可手动配置，默认时间为20s）

根桥故障

根桥会定期不断发送BPDU报文，如果根桥故障就会停止发送BPDU报文，下游交换机没有收到BPDU报文后会开始等待并开启计时器，等待一个MaxAge时长（默认20s），超时后，非根交换机就会相互发送配置BPDU报文来重新选举新的根桥，被选中的Alternate端口（根桥替代端口）会经过listening，learning，最终到达forwarding状态，所以，根桥故障会导致50s的故障时间（20s+15s+15s=50s）

直连链路故障

当交换机B上的端口出现故障时，因为B与根桥间为直连链路，且故障发生在B上，所以，B马上就会知道有故障发生，B会立即启动预备端口，将预备端口从blocking转为forwarding状态，需要30s时间修复

非直连链路故障

对于交换机B，B不知道HUB上的端口出现故障，所以会等待20s老化时间，没有接收到来自根桥的BPDU报文，判定故障，B开始对外发送配置BPDU，请求重新选举根桥。交换机C同时可以收到来自A和B的BPDU报文，很明显，交换机C不会理会交换机B，因为根桥A的BPDU报文优先级一定高于交换机B；但是C收到了来自B的BPDU报文，证明在B的上游链路中发生了故障，所以此时C会将它的预备端口改为forwarding状态，需要30s，所以整个过程需要20s+30s=50s 的时间。

拓扑改变导致的MAC地址表错误

当交换机AC间发生故障时，BC间的备份链路会开启，但是原来交换机B学习到的的MAC地址表象中存储的是通过BAC的上方链路，交换机MAC地址表的默认老化时间为300s，所以在300s内交换机B并不知道新的链路和端口，所以MAC地址表会出现错误，很显然这是不可以的。所以，我们引入TCN BPDU报文（前文提到过）来解决此问题。

当出现拓扑变化时，出现拓扑变化的交换机C会向上游发送TCN BPDU报文，不能直接到达根桥就会通过非根交换机进行传达TCN报文。交换机B收到TCN报文后，回复交换机C一个TCA确认报文，确认收到TCN报文信息，之后，将TCN报文转发给根桥A，根桥收到后会向下游回复一个TC报文，并经过交换机B转发给交换机C，下游所有收到TC报文的交换机会将自己MAC地址表象的老化时间从300s，转为15s。（华为的交换设备会直接变成0秒，立刻开始学习，更改新的MAC地址表象）

好了，

以上就是小白给大家分享的关于交换网络的STP生成树协议的内容

重点

（希望大家可以指出内容中的不足与错误，给小白一点建议和改进的机会。如果有错误，请私信，或评论我指出，我会立即改正，同时也请大家多多担待。感谢大家，小白一定会更加努力的。我们再会，祝大家都有一个好心情。）