STP拓扑变化

1.根桥故障

非根桥会在BPDU老化之后开始根桥的重新选举。

STP拓扑变化

在稳定的STP拓扑里,非根桥会定期收到来自根桥的BPDU报文。如果根桥发生了故障,停止发送BPDU报文,下游交换机就无法收到来自根桥的BPDU报文。

如果下游交换机一直收不到BPDU报文,Max Age定时器就会超时(Max Age的默认值为20秒),从而导致已经收到的BPDU报文失效,此时,非根交换机会互相发送配置BPDU报文,重新选举新的根桥。根桥故障会导致50秒左右的恢复时间,恢复时间约等于Max Age加上两倍的Forward Delay收敛时间。

2.直连链路故障

交换机检测到直连链路物理故障后,会将预备端口转换为根端口。SWB新的根端口会在30 秒后恢复到转发状态。

STP拓扑变化

此例中,SWA和SWB使用了两条链路互连,其中一条是主用链路,另外一条是备份链路。生成树正常收敛之后,如果SWB检测到根端口的链路发生物理故障,则其Alternate端口会迁移到Listening、Learning、Forwarding状态,经过两倍的Forward Delay后恢复到转发状态。

3.非直连链路故障

非直连链路故障后,由于需要等待Max Age加上两倍的Forward Delay时间,端口需要大约50秒才能恢复到转发状态。
STP拓扑变化

本例中,SWB与SWA之间的链路发生了某种故障(非物理层故障),SWB因此一直收不到来自SWA的BPDU报文。等待Max Age定时器超时后,SWB会认为根桥SWA不再有效,并认为自己是根桥,于是开始发送自己的BPDU报文给SWC,通知SWC自己作为新的根桥。在此期间,由于SWC的Alternate端口再也不能收到包含原根桥ID的BPDU报文。其Max Age定时器超时后,SWC会切换Alternate端口为指定端口并且转发来自其根端口的BPDU报文给SWB。所以,Max Age定时器超时后,SWB、SWC几乎同时会收到对方发来的BPDU。经过STP重新计算后,SWB放弃宣称自己是根桥并重新确定端口角色。

4.拓扑改变导致MAC地址表错误

STP拓扑变化

在交换网络中,交换机依赖MAC地址表转发数据帧。缺省情况下,MAC地址表项的老化时间是300秒。如果生成树拓扑发生变化,交换机转发数据的路径也会随着发生改变,此时MAC地址表中未及时老化掉的表项会导致数据转发错误,因此在拓扑发生变化后需要及时更新MAC地址表项。

本例中,SWB中的MAC地址表项定义了通过端口GigabitEthernet 0/0/3可以到达主机A,通过端口GigabitEthernet 0/0/1可以到达主机B。由于SWC的根端口产生故障,导致生成树拓扑重新收敛,在生成树拓扑完成收敛之后,从主机A到主机B的帧仍然不能到达目的地。这是因为MAC地址表项老化时间是300秒,主机A发往主机B的帧到达SWB后,SWB会继续通过端口GigabitEthernet 0/0/1转发该数据帧。

拓扑改变导致MAC地址表变化

STP拓扑变化

拓扑变化过程中,根桥通过TCN BPDU报文获知生成树拓扑里发生了故障。根桥生成TC用来通知其他交换机加速老化现有的MAC地址表项。

l拓扑变更以及MAC地址表项更新的具体过程如下:

  • SWC感知到网络拓扑发生变化后,会不间断地向SWB发送TCN BPDU报文。
  • SWB收到SWC发来的TCN BPDU报文后,会把配置BPDU报文中的Flags的TCA位设置1,然后发送给SWC,告知SWC停止发送TCN BPDU报文。
  • SWB向根桥转发TCN BPDU报文。
  • SWA把配置BPDU报文中的Flags的TC位设置为1后发送,通知下游设备把MAC地址表项的老化时间由默认的300秒修改为Forward Delay的时间(默认为15秒)。
  • 最多等待15秒之后,SWB中的错误MAC地址表项会被自动清除。此后,SWB就能重新开始MAC表项的学习及转发操作。
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