STP的端口遷移以及P/A機制

本篇我主要講的是STP的端口遷移和P/A機制

1. STP的端口遷移

STP的端口狀态有五種：禁用（去能）狀态，阻塞狀态，偵聽狀态，學習狀态，轉發狀态

（1）STP端口的五種狀态：

（2）端口狀态遷移：

我将圍繞這個圖講解：

1.STP交換機的端口在初始啟動時，首先會從Disabled狀态進入到Blocking狀态，在Blocking狀态，端口隻能接收和分析BPDU，但不能發送BPDU。

2.如果端口選為根端口或者指定端口，則會進入Listening狀态，此時端口接收并發送BPDU，這種狀态會持續一個Forward Delay的時間長度（預設值：15s）；如果沒有因”意外情況“，而回到Blocking狀态，則端口會進入到Learning狀态，并在此狀态持續一個Forward Delay的時間長度。

3.處于Learning狀态的端口可以接收和發送BPDU，同時開始建構MAC位址映射表，為轉發使用者資料幀做好準備。處于Learning狀态的端口不能轉發使用者資料幀（因為此時網絡中還存在因STP樹的計算過程不同步而産生的臨時環路）

4.最後，端口由Learning狀态進入Forwarding狀态，開始使用者資料幀的轉發工作。

5.總結：

（1）在整個狀态的遷移過程中，端口一旦被關閉或者發送鍊路故障，就會進入到禁用狀态；

（2）在端口狀态的遷移過程中，如果端口的角色被判定為非根端口或非指定端口，則其端口狀态就會退回到Blocking。

6.MSTP（多生成樹協定）定義的3種狀态：Discarding、Learning、Forwarding。

2.STP端口狀态遷移的示例：

下面示範STP交換機的端口角色和端口選舉過程：

（1）假設交換機S1，S2，S3大概同一時刻啟動，各交換機的各個端口了解從Disabled狀态進入Blocking狀态，由于處于Blocking狀态的端口隻能接收不能發送BPDU，是以任何端口都收不到BPDU，在等待Max Age時間（預設值：20s）後，每台交換機都會認為自己是根橋，所有的端口都設定為指定端口，并且端口的狀态遷移為Listening。

（2）交換機的端口進入Listening狀态後，開始發送自己的Configuration BPDU，同時也接收其他交換機發送的Configuration BPDU。

假設S2最先發送Configuration BPDU，當S3的GE0/0/2端口收到S2發送的Configuration BPDU後，會認為S2是根橋（因為S2的BID小于S3的BID），于是S3會把GE0/0/2設定為根端口，然後自己重新産生的，根橋為S2的Configuration BPDU從自己（S3）的GE0/0/1發送出去

【1】當S1的GE0/0/1收到S3發送的Configuration BPDU後，會發現自己更應該成為根橋，于是立即向S3發送自己的Configuration BPDU；

【2】當然，如果S1從自己的GE0/0/2收到S2發送的Configuration BPDU 也會立即發送自己的Configuration BPDU。

【1】（根端口确認） S2和S3收到S1發送的Configuration BPDU後，會确認S1就是根橋，于是S2的GE0/0/1和S3的GE0/0/1設定為根端口，

【2】（備用端口和指定端口确認）S2和S3會各自從GE0/0/2端口發送新的Configuration BPDU，然後，S3的GE0/0/2将成為備用端口（因為S2的BID小于S3的BID），端口進入Blocking狀态，S2的GE0/0/2将成為指定端口。

因為交換機發送BPDU的時間先後有一定的滞後性和随機性，是以上述過程不是唯一的。

總結：無論各個交換機的端口最開始的狀态是如何的，也無論中間的過程差異如何，最終的結果總是确定并且唯一的；

<1>BID最小的交換機将成為根橋，<2>各端口的角色會變化成為自己應該扮演的角色。

（3）各個端口（除S3的GE0/0/2）将進入Learning狀态後，會持續Forward Delay的時間長度（預設值：15s）後，在此時間中，交換機開始學習MAC位址與端口的映射關系。同時希望STP樹在這段時間能夠完成完全收斂。

（4）然後，各個端口（除S3的GE0/0/2）将進入Forwarding狀态，開始轉發使用者資料幀的工作。

3.P/A機制

（1）RSTP端口狀态：

Forwarding：能轉發使用者資料幀，能學習MAC位址

Learning：不能轉發使用者資料幀，能學習MAC位址

Discarding：不能轉發使用者資料幀，也不能學習MAC位址

（2）在STP計算中，一個端口在成為指定端口後，需要等待至少兩倍的Forward Delay的時間才能夠進入到Forwarding狀态。

在RSTP計算中，一個端口在成為指定端口後，此端口的先進入到Discarding狀态（不能轉發使用者資料幀，也不能學習MAC位址），後采用Proposal/Agreement機制（P/A機制）主要與對端端口進行協商，通過協商動作後，就可以立即進入到Forwarding狀态（能轉發使用者資料幀，能學習MAC位址）

角色縮寫： DP=指定端口，AP=阻塞端口（非指定端口） RP=根端口

1. P/A的根本目的：為了加快某DP端口和RP端口互聯鍊路上兩端口快速進入轉發狀态不等30s的2xforwarding delay。要成功進行PA快速協商機制隻會出現在上邊DP下邊RP的情況下。

（1）首先兩台裝置比BPDU确定誰是上遊DP，誰是下遊RP（或AP）。

（2）所謂P/A機制，就是在這個過程以後，上遊DP捉急要進入轉發狀态，這才向下發P置位BPDU的請求。P/A協商根本目的就是為了加快某DP端口和RP端口互聯鍊路上兩端口快速進入轉發狀态而無需等30s（2倍forwarding delay ）。

（3）P/A簡要過程：

0.比如兩台裝置新加了一條線路。然後在這條線路上依次進行下述步驟（初始上下遊接口均為DP角色，在第1步的操作後才變為DP/AP/RP）：

1.兩台裝置互聯接口互比緩存BPDU，确認誰是上遊（端口角色為DP）誰是下遊（端口角色為RP或AP。如果下遊是RP端口則繼續看step2,如果下遊是AP端口則直接參見第三段文字）

2.上遊因為是DP，特别着急進入forwarding狀态，是以才發送P置位BPDU發起P/A協商。

3.如果下遊接口在第一步比較BPDU中确定為RP，則會将自己的所有下遊DP接口（除edge port以外）和原RP接口變為discarding狀态阻塞掉（即端口sync）。

4.sync完成後，下遊直接将其RP口變成forwarding狀态，并向上遊發送A置位BPDU（該BPDU源自上遊發送的P置位的最新BPDU）以示同意。

5.然後上遊交換機收到下遊交換機發送的A置位BPDU，則會将其DP端口直接變成forwarding狀态。至此上下遊的DP端口和RP端口均已進入轉發狀态，免去等待30s的痛苦。

6.下遊交換機繼續向其被discarding的其他DP口發起P/A協商以便快點進入forwarding狀态。注：相比STP協定中DP端口變forwarding前需要等待兩個轉發延遲的30s時間，這個P/A協商可能隻需要幾秒鐘就協商完進入forwarding狀态了。

注：如果下遊的接口并未被選舉為RP而隻是個普通AP怎麼辦？如果下遊裝置發現這個接口收到的BPDU沒其他某個接口（如現存的RP接口）收到的BPDU優先則下遊裝置會認為這個接口角色應為AP接口而不是RP。則該(AP)接口就不會去回應上遊發送A置位BPDU而隻發送普通BPDU。這樣上遊會一直每兩秒發一個P置位BPDU，下遊一直不響應A置位BPDU。直到等待1個forwarding delay後該上遊DP才會由discarding變為learning狀态，再等一個forwarding delay後上遊DP才會變為forwarding狀态。

感謝作者ZZZZ對P/A機制的解釋。我對P/A的了解也是處于了解的階段，并沒有太過深入的了解。希望我的文章對你學習有所幫助。十分感想讀者的通路和閱讀。希望可以得到你們的關注和收藏。

作者：ZZZZ

連結：

https://www.zhihu.com/question/35495673/answer/79530293