STP相关_IA

2024-02-23 17:53:46

1. 环路地址

环路会导致MAC地址表翻摆（MAC地址表振荡）、广播风暴、多帧复制，为了避免环路引入STP（Spainning Tree Protocel）生成树协议

1.1. MAC地址表振荡

1.2. 广播风暴

1.3. 多帧复制

2. STP（Spanning Tree Protocel）的相关术语

2.1. 桥（Bridge）

因为性能方面限制的因素，早期的交换机一般只有两个转发端口（端口多了，交换转发的速度会变的慢的让人无法接受），所以那时的交换机常被称为“网桥＂，”桥“这个术语一直被沿用至今。目前”桥“和”交换机“这两个概念是完全混用的。

2.2. 桥的MAC地址（Bridge MAC Address）

桥有多个转发端口，每个端口都有MAC地址。通常我们把那端口编号最小的那个端口的MAC地址作为整个桥的MAC地址。

2.3. 桥ID（Bridge Identifier）

一个交换机的桥ID一共8个字节，由两部分组成。前面2个字节是桥的优先级，后面6个字节是桥的的mac地址。优先级可以人为设定，缺省值为0X800（十进制数为32768）。优先级为4096的倍数

https://blog.csdn.net/jiao424525707/article/details/89493103

2.4. 端口ID（Port Identifer，PID）

端口ID的定义方法通常有很多种，以下给出两种常见的定义方法

2.4.1. 由2个字节，第一个字节是端口的优先级，第二个字节是端口的编号

2.4.2. 由16bit组成，前4bit是端口优先级，后12bit是端口编号

3. STP的生成

生成原理：一个具有物理环路的的交换网络中，交换机通过运行STP协议自动生成一个没有环的工作拓扑。该无环工作拓扑也称为STP树（STP Tree）

生成过程：首先选举根桥（Root Bridge），然后确定指定根端口（Root Port）和指定端口（Designated Port），最后阻塞备用端口（Block Port）

3.1. 选取根桥

对比BID，越小越优。

运行STP协议的交换机（简称STP交换机）会互相交互STP协议帧，这些协议帧的载荷数据被称为BPDU（Bridge Protocle Data Unit桥协议数据单元）

3.2. 确定根端口

根桥确定以后，没有成为根桥的交换机称为非根桥。每个非根桥选举一个根端口，必须保证这个端口到根桥的最优性和唯一性。

3.2.1. 比较非根交换机到交换机的RPC（根路径开销），越小越优

3.2.2. 如果RPC相同则比较对端BID，越小越优

3.2.3. 如果BID相同则比较对端PID，越小越优

3.2.4. 如果对端PID也相同，则比较本端PID，越小越优

3.3. 确定指定端口（没有被选中的指定端口即为备用端口）

根端口保证了交换机到根桥之间工作路径的唯一性和最优性。为了防止环路，网络中的每个网段与根桥之间的工作路径也必须是唯一且最优的

3.3.1. 比较每个网段的不同端口到根桥之间的RPC，越小越优。

3.3.2. 如果RPC相同，则比较本端BID，越小越优

3.3.3. 如果本端BID相同，则比较本端PID，越小越优

3.3.4. 另根桥上面不存在任何根端口，只存在指定端口

3.4. 阻塞备用端口

备用端口不能转发用户数据帧（终端计算机产生并发送的帧），但可以接收并处理STP的协议帧。根端口和指定端口既可以接收和发送STP协议帧，也可以转发用户数据帧。

4. STP报文格式

STP协议帧由STP交换机产生、发送、接收、处理。STP协议帧是一种组播帧，组播MAC地址为01-80-C2-00-00-00。STP协议帧采用了IEEE802.3封装格式，其载荷数据被称为BPDU。BPDU有两种格式：Configuration BPDU和TCN（Topology Change Notification） BPDU。

4.1. Configuration BPDU

STP形成过程中每个STP交换机都会产生并发送（默认为2S），Configuration BPDU，STP形成后的稳定期，只有根桥会周期性的发送Configuration BPDU

4.2. TCN（Topology Change Notification）

5. STP端口的状态

STP定义了三种端口角色：根端口、指定端口、备用端口。根据端口是否接收和转发STP协议帧是否转发用户数据，STP的端口状态分为5种：去能状态（Disabled）、阻塞状态（Blocking）、侦听状态（Listening）、学习状态（Learning）、转发状态（Forwarding）

接收STP协议帧

发送STP协议帧

学习MAC地址

转发用户数据

通过这4项功能的逐渐递增，区分端口的5种状态

6. STP的改进

端口状态从Blocking迁移到Forwarding至少需要两倍Forward Delay的时间长度，总的收敛时间太长（一般需要几十秒时间）。为了弥补STP的缺陷，IEEE802.1w定义了RSTP（Rapid Spanning Tree）。RSTP的改进点有两个

6.1. 只有3种端口状态

Discarding、Learning、Forwarding

不能转发用户数据帧

不能学习MAC地址

这2项功能区分3种端口状态

6.2. P/A机制

7. RSTP（IEEE.802.1W）

7.1. 四种端口角色：根端口、指定端口、Alternate端口、Backup端口

7.1.1. 根端口与指定端口的作用与STP协议中的相同

7.2. Alternate端口：由于学习（Learning）到其它网桥发送的配置BPDU报文而阻塞端口，Alternate端口提供了从指定桥到根桥的另一条可切换路径，作为根端口的备份端口

7.3. Backup端口：由于学习（Learning）到自身网桥发送的配置BPDU而阻塞的端口，Backup端口提供了从相应网段到根桥的备份通路，作为指定端口的备份

7.4. 三种端口：Discarding、Learning、Forwarding

7.5. 边缘端口：如果一个指定端口处于整个网络的边缘即不再连接其它设备，而是直接与终端设备直连。这种端口叫做边缘端口，有如下特点

7.5.1. 不接收处理配置BPUD

7.5.2. 不参与RSTP计算

7.5.3. 可以由Disable直接转入Forwarding状态且不经历延时

7.5.4. 一旦收到配置BPDU，就丧失了边缘端口属性，成为STP端口

8. MSTP

8.1. RSTP和STP的缺点：局域网内所有VLAN共享一棵树，链路被阻塞后将不承担任何流量，造成宽带浪费，因此无法在VLAN间实现数据流量的负载均衡，还有可能造成部分VLAN报文的无法转发。

8.2. MSTP：通过MSTP交一个交换网划分成多个域，每个域内形成多个生成树，生成树之间彼此独立。每个域叫做生成树域（Multiple Spanning Tree Region，MST Region）,每个生成树叫做MSTI生成树实例（Multiple Spanning Tree Instance）

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