STP技术
环路引起的问题
1、广播风暴
2、mac地址表不稳定
环路的危害总结
环路的现象
1、交换机端口指示灯以相同的频率快速闪烁
2、交换机mac地址表震荡
环路的危害
1、链路堵塞
广播报文在二层网络中不断泛洪，所有链路都被大量的广播报文充斥
2、主操作系统响应迟缓
主机网卡接收到大量的广播报文，操作系统调用大量的cpu进程资源来识别这些广播报文
3、二层交换机管理缓慢
大量二层协议广播需要二层交换机cpu处理，浪费大量资源，对正常的请求无法响应
4、冲击网关设备的cpu
对网关ip地址的arp请求报文，经过环路的复制转发，不断地发送到网关设备，网关设备的cpu 压力不断增大，甚至崩溃
STP的概念及应用场景
stp全称为生成树协议（spanning tree protocol）是用于在局域网中消除数据链路层物理环路的协 议
通过在桥之间交换BPDU(bridge protocol data unit，桥协议数据单元)，来保证设备完成生成树的 计算过程
stp的作用
1、通过阻断冗余链路来消除桥接网络中可能存在的路径环路
2、当前路径发生故障时，激活冗余备份链路，回复网络连通性
802.1D生成树的原理
生成树工作原理
配置了生成树的交换机之间通过传递配置BPDU，比较报文中携带的参数，完成以下工作：
1、在一组运stp的交换机中选出一个根网桥
2、每个非根交换机选择一个根端口
3、每个交换网段选择一个除根端口之外的转发端口----指定端口
4、堵塞其他（非根非指定端口即阻塞端口）端口
生成树基本计算过程----选举根交换机
方法：比较优先级，在比较mac地址，最小mac地址为根桥。
特性：
1、根桥交换机所有接口永远不会出现阻塞状态。
2、根桥的所有端口都是指定端口，指定端口被标记为转发端口
选举非根交换机的端口
按如下顺序选举，满足条件即停止：
1、计算非根交换机到达根桥的链路开销
2、比较非根交换机的上行交换机桥id（由优先级与mac地址决定）
3、上行交换机的最小端口号所连接的非交换机的端口为根端口
选举网段的指定端口
配置BPDU参数
网桥id由交换机的优先级与mac地址组成
网桥优先级取值范围0-65535（默认32768），必须是4096的倍数
端口id由发送端口的优先级与端口号组成
端口优先级取值范围0-255（默认128），必须是16的倍数
路径开销（path cost）衡量桥与桥之间的路径优劣，端口类型和带宽决定了该端口的路径开销
根交换机的根路径开销为零。其他交换机收到BPDU后，把报文中的跟路径开销加上接收端口路径 开销，得到该端口的“根路径开销”（root path cost），根路径开销反映了某端口到根交换机的远近
STP协议报文
BPDU的优劣
配置BPDU的比较
交换机遵从下面的比较原则，比较各个端口接收或缓存的BPDU，选择最优BPDU
1、先比较根网桥ID，越小越好
2、如果根网桥ID相等，根路径开销越小越好
3、如果根网桥id和根路径开销相等，发送网桥id越小越好
4、如果根网桥id、根路径开销和发送网桥id相等，发送端口id越小越好
BPDU报文处理
BPDU在网络中的中继过程
网络起始，stp启动，交换机都认为自己是根网桥，发送BPDU
网络稳定，根网桥发送BPDU，其他交换机中继根网桥的BPDU。
STP端口判定
1、选举根网桥，比较网桥ID，根网桥上的所有端口都是指定端口。
2、先择根端口，以此比较根路径开销、发送方网桥id，发送方端口id
3、选择指定端口，依次比较根路径开销，发送方网桥id、发送方端口id
STP端口状态描述
| 端口状态 | 描述 |
|---|---|
| disabled端口没有启用 | 此状态下端口不转发数据帧，不学习mac地址表，不参加生成树的计算 |
| blocking阻塞状态 | 在此状态下端口不转发数据帧，不学习mac地址表，在此状态下端口接受并处理BPDU，但是不向外发送BPDU |
| listening侦听状态 | 此状态下端口不转发数据帧，不学习mac地址表，只参与生成树计算，接受并发送BPDU |
| learning学习状态 | 此状态下不转发数据帧，但是学习mac地址表，参与计算生成树，接受并发送BPDU |
| forwarding转发状态 | 此状态下端口正常转发数据帧，学习mac地址表，参与计算生成树，接受并发送BPDU |
STP端口状态转移
stp计时器
---hello timer（hello时间）
根网桥发送配置BPDU的周期，默认为2秒
---forward delay（转发时延）
配置BPDU传播到全网的最大时延，默认为15秒
---message age（消息老化时间）
配置BPDU从根网桥生成开始，到当前为止所经过的时间
---max message age（最大老化时间）
配置BPDU存活的最大时间
stp默认为20秒（10个hello周期）
stp端口状态迁移
阻塞端口
1、一直停留在阻塞状态
2、在最大老化时间（20秒）之内没有收到BPDU，就会成指定端口，然后切换成监听状态，重 新进行网络收敛。
网络拓扑变化---stp网络收敛
直接收敛与间接收敛