STP學習筆記

2層環路導緻的問題：

1、廣播風暴，交換機轉發BUM封包的機制導緻，資料幀沒有防環機制。

B：Boardcost

U：未知的DMAC單點傳播幀

M：多點傳播

2、Mac位址表震蕩，生成錯誤MAC位址表項，導緻轉發出現錯誤。

3、重複資料幀接收，如果存在大量的廣播幀，導緻網絡性能下降甚至不可用，終端裝置也會消耗大量CPU資源處理廣播。

STP操作：

（1）在一個廣播域中有且隻有一個根橋

（2）每個非根交換機選舉一個根端口

（3）每個網段(沖突域)選舉一個指定端口（網段：交換機連接配接的每個鍊路都是一個網段）。

（4）阻塞非根、非指定端口。

标準STP（802.1D） -- Block Port

華為STP -- AP；AP源之于RSTP

STP協定的所有角色都是比較BPDU的參數選舉出來的

STP定義每個交換機都有一個BID來辨別自己。

BID = priority + mac

Pri預設值：32768

Pri取值有兩種标準：

（1）0-65535

（2）0-61440 華為采用0-61440，但pri取值必須是4096的倍數

stp priority xxx 修改stp優先級

ROOT橋：發送最好BPDU的交換機

RP（根端口）：非根橋上接收最好BPDU的端口

DP（指定端口）：鍊路上發送最好BPDU的端口

AP（備用端口）：既不是根端口也不是DP的端口，被block。

DP端口要麼對着RP，要麼對着AP。

BPDU中四個選舉參數：

RID：根橋的BID

RPC：

對于根橋來說，RPC永遠等于0；

對于非根橋來說RPC是自己根端口到根橋的路徑開銷之和。

BID：交換機自身的BID

PID：由端口優先級+端口ID組成，優先級的取值為0-240，預設值128，取16的倍數。

最好BPDU的選舉機制：

1、比較RID，RID越小越優

2、如果RID相同，則比較RPC路徑和，越小越優

3、如果RPC路徑和相同，則比較BID，越小越優

4、BID相同，則比較PID，越小越優

5、如果PID相同，則比較自身PID（特殊場景下）

非根橋根據根端口的配置消息計算DP端口的配置消息。

DP對端要麼是RP要麼是AP

RP對端一定是DP

STP端口狀态：

1、forwarding：轉發狀态，學習MAC位址表，處理BPDU

2、learning：不轉發資料，學習MAC位址，處理BPDU

3、listening：不轉發資料，不學習MAC位址，處理BPDU

4、blocking：不轉發資料，不學習MAC位址，處理BPDU

5、disable：接口被禁用

穩定STP網絡隻有兩種狀态，即forwarding和blocking

一個blocking狀态的RP或者DP，至少需要30s進入到轉發狀态。

生成樹故障恢複：

1、非根橋的RP失效，并存在AP時，AP成為新的RP，并經曆30s進入轉發狀态。

2、非根橋的RP失效，但不存在AP時，此時交換機認為自己失去了到根橋的所有路徑。

于是該交換機将自身作為根橋，發送以自己為根的BPDU。下遊交換機需要等待20s将之前的BPDU老化，再處理該BPDU，此時需要50s恢複網絡。

---- 次級BPDU的處理機制

第1種情況：

RP失效，存在AP，AP會立即選舉新的RP

Blocking—>forwarding需要30s，網絡恢複

第2種情況：

當交換機B的RP失效，交換機B發現自己沒有端口接收根橋的BPDU；

交換機B以自己為根，發送次級BPDU，下遊交換機的AP端口，不會立即處理，

而是等待之前根橋BPDU失效（老化時間20s），20s過後處理這個次級BPDU，

AP端口會成為新的DP端口，blocking-->forwarding：30s，

共50s才會恢複正常。

STP協定MAC位址表重新整理機制：

當交換機收到TC BPDU後将自身所有端口（邊緣端口除外）的MAC位址表的老化時間強制設定為15s。

TC BPDU會持續由根橋發送35s的時間。

邊緣端口标準生成樹協定是不支援的，但是華為的STP協定支援邊緣端口的設定。

stp edged-port enable

STP協定最早認為任何端口進入到forwarding狀态或者進入disable狀态時認為STP拓撲發生變化。

後來STP協定對拓撲發生變化的定義做出了優化：

1、當端口進入到forwarding狀态，邊緣端口除外

2、RP失效或RP進入到forwarding狀态

3、DP端口失效不認為拓撲發生變化

STP BPDU：

(1)配置BPDU

TCA 配置BPDU

TC 配置BPDU

(2)TCN BPDU

TCA = 0, TC = 0 配置BPDU

TCA = 1， TC = 0 TCA 配置BPDU

TCA = 0， TC = 1 TC 配置BPDU

STP協定當接口up并過渡到forwarding狀态，會發生TCN BPDU，

逐跳傳給根橋，上遊向下遊發送TCA=1，TC=1的配置BPDU，用于确認TCN，并将TCN逐跳傳給根橋。

根橋在接收到TCN的端口上回送一個TCA=1，TC=1的配置BPDU，用于确認TCN，并通知網絡拓撲發生變化。

配置BPDU，在其他端口上則發送TCA=0，TC=1的配置BPDU。

BPDU重要字段：

Message age：已經存在的時間，根橋發出的為0，逐跳加1

Max age：最大年齡，預設20s

--當message age到達max age則認為該BPDU失效

Hello time：發送BPDU的周期性時間，預設2s發一次

Forward delay：

（1）确定監聽和學習狀态所需的時間

（2）收到TC BPDU後MAC位址老化時間

華為STP，根橋發送配置BPDU，非根橋也可以主動發送BPDU。

華為STP協定引入了大量RSTP的特點：

1、非根橋可以主動發送BPDU

2、收到次級BPDU立即老化

3、引入了邊緣端口

為什麼在監聽和學習狀态需要forward delay的等待時間：

監聽狀态15s是避免STP協定在收斂過程中産生臨時環路，讓BPDU有足夠的時間在整個網絡進行傳遞。

監聽狀态期間，MAC位址表受TC BPDU的影響會進行提前老化，清除錯誤的MAC位址資訊，導緻錯誤的MAC位址老化也導緻空閑MAC位址老化，

如果此時要轉發資料幀就會導緻大量未知DMAC的單點傳播幀泛洪的現象，影響網絡性能。那麼犧牲15s的時間，設計出學習狀态能讓交換機在此期間重新建構正确的MAC位址表項，減少單點傳播幀在STP收斂期間産生大量的泛洪行為。

STP的弊端：

STP協定的收斂是完全依賴計時器完成的，收斂速度慢，為了解決臨時環路和收斂期間單點傳播幀泛洪，需要等待30s；

STP(802.1d)/RSTP(802.1w)是單生成樹協定，在存在多個VLAN的網絡中，所有VLAN共享一棵樹，導緻鍊路使用率不高。

可能會産生部分vlan不通的情況。

為了解決STP的收斂慢，開發出了RSTP

為了解決RSTP單樹弊端，開發出了MSTP

RSTP針對STP的優化。

P/A機制，在點到點全雙工的鍊路上讓DP和RP端口快速進入到轉發狀态，同時也不會産生臨時環路。

P/A機制協商前提：

1、DP端口處于Discarding

2、點到點全雙工鍊路

3、DP端口對端是RP端口