交换机生成树技术

2024-02-16 21:29:58

STP

STP作用：

阻塞端口，
备份链路

STP属性：

桥ID,BID:16位桥优先级+48位mac，0-65535，默认32768
端口开销RPC=到达根桥路径上所有接受BPDU端口的端口开销总和,
            (BPDU入方向端口)。
            带宽高，开销小。
            根桥路径开销0
端口ID，PID：端口优先级（0-240，步长16，默认128）+端口号
            用来确定端口角色

STP操作：

选举根桥：依据BID

选举根端口：（非根交换机）

例如SWB的G0/0/1和G0/0/2
G0/0/1 SWA G0/0/1->SWB G0/0/1 开销为G0/0/1的20000
G0/0/2 SWA G0/0/2->SWC G0/0/1->SWB G0/0/2 开销=20000*2
注：端口开销计算入方向

选举指定端口：（每个网段）

阻塞非根非指定端口

端口状态转换

交换机刚开启的时候，处于Blocking状态，当被选举为根端口或者指定端口的时候，进入Listening，Listening进入Learning状态需要等待一个Forward Delay的时间（15s），进行STP收敛，Learning到Forwarding也需要等待一个Forward Delay的时间，进行MAC地址表的完善，防止因为MAC地址表空而导致广泛泛洪的现象，无论是哪个状态，只要端口禁用或链路失效，都会直接进入Disabled状态。Forwarding、Learning和Listening这三个状态，只要端口不再是指定端口或者根端口，就会进入Blocking状态。

BPDU（Bridge Protocol Data Unit）：桥协议单元

1）配置BPDU（0x00）：用来选举根交换机，以及确认每个交换机端口的角色和状态
2）TCNBPDU（拓扑变更BPDU：0x80）：传递拓扑变更消息

故障恢复情况

1.根桥故障：20+15*2=50
2.直连链路故障：15*2=30
3.非直连链路故障：20+15*2=50
4.拓扑变更导致MAC地址表错误：300

拓扑变更缩短MAC地址表老化时间的过程：

1）SWC感知到网络拓扑发生变化后，会不间断地向SWB发生TCN BPDU报文
2）SWB收到SWC发来地TCN BPDU后，会把配置BPDU的Flag的TCA置1，发送给SWC，告知收到了TCN BPDU，停止发送TCN BPDU。
3）SWB向根桥转发TCN BPDU报文
4）SWA收到之后，会网络拓扑进行检查，确定之后，将配置BPDU的Flag的TC置1，发送给SWB，SWB收到之后，会将MAC地址表的老化时间修改为Forward Delay的时间
5）SWB转发TC置位的配置BPDU，SWC收到之后，会将MAC地址表的老化时间修改为Forward Delay的时间
6）最多等待15S，MAC地址表中的错误表项便会清除，重新开始MAC表项的学习及转发过程

STP的不足

1、STP从初始状态→完全收敛至少30s（listening-learning-forwarding）
2、交换机有BP端口，若该交换机中的RP链路DOWN掉，BP端口切换成RP端口并进入转发状态至少需要50s
3、若该交换机没有BPd端口，则RP端口dowm，另一台交换机BP端口切换成DP并进入转发状态至少需要50s
4、交换机连接的终端链路进入转发需要30s
5、拓扑变更机制：
先由变更点朝根桥发送TCN消息，收到该消息的上游交换机会恢复TCA消息进行确认，最后TCN消息到达根桥后，再由根桥发送TC消息通知设备删除桥MAC地址表项。

RSTP

RSTP端口角色

Backup BP:指定端口的备份，提供另一条根桥到非根桥的被分别链路
Alternate AP:根端口的备份端口，指定桥到根桥的备份

RSTP端口状态

Discarding:不转发流量，不学习mac
Learning:不转发流量，学习mac
Forwarding:转发流量，学习mac

RSTP BPDU

Ver:2
BPDU TYPE：R/M STP（0x02）
BPDU flags：TCA TC
        Proposal:1为请求快速协商，运行P/A机制（P）
        Port role:2bit组成
                  00-未知端口
                  01-AP/BP
                  10-RP
                  11-DP
        Learning:1为learning
        Forwarding:1为转发状态
        若learning forwarding都为0，为discarding
        Agreement:1同意运行P/A机制(A)

RSTP快速收敛机制

P/A机制，使指定端口尽快进入转发状态
条件：点对点链路
基本原理：

RSTP对拓扑变更的优化

1.发生拓扑变化的交换机会发送TC置位的RSTP BPDU
2.其他交换机收到TC置位的RSTP BPDU会启动TC while Timer（2倍的Hello时间-4s），在时间内，会将除收到TC BPDU的接口和边缘端口之外的端口所学习的MAC地址进行清除，并且向其他非边缘端口发送TC BPDU，一旦TC While Timer超时，会停止发送TC BPDU。

保护机制

BPDU保护：

边缘端口配置，收到BPDU报文，会关闭接口，防止网络震荡

TC-BPDU泛洪保护：

注：边缘端口故障不触发TC-BPDU，但仍会接受TC-BPDU

根保护：

收到更优BPDU，会discarding,不再转发报文,2*forwarding delay后不再接受到BPDU，恢复forwarding状态

环路保护：

链路单向故障，根端口长时间收不到来自上游的BPDU，进入discarding状态

MSTP，多实例生成树

产生背景：单生成树不能实现负载分担，会产生次优路径

MST域

启动MSTP
相同域名
相同的VLAN到生成树实例映射配置
相同的MSTP修订级别配置

三者区别

       标准      需要资源     收敛  
STP   802.1D     低          慢
RSTP  802.1W     中等        慢
MSTP  802.1S     中等或高     快

码农公寓

STP