【STP生成树】（桥ID、根桥、cost、RPC、接口ID、BPDU报文格式、端口选举举例）-20211216.20211217

目录

一、生成树STP技术背景

1.前言

2.二层交换机的冗余性与环路

二、生成树协议

1.生成树协议​​

2.生成树能动态感知网络拓扑的变化，调整阻塞或放行端口

生成树： 通过交互报文感知网络拓扑的变化

ospf：通过hello报文感知网络的变化

三、生成树基本概念（术语）

1.桥ID（BID）

                        BID=桥优先级+Mac地址

2.根桥（根交换机）

​1）通过比较桥ID大小，选出根桥。先比较优先级，在比较mac地址。

2）根桥具备抢占性；

 3.cost

4.RPC（根路径开销）

​ PRC=根桥到非根桥经过所有的入方向接口的cost累加

5.接口id（Port ID）

PID接口ID：由优先级和接口编号构成

四、BPDU（网桥协议数据单元）

1.BPDU基本概念

1）BPDU：是stp交换机之间的交互的报文，通过BPDU 感知网络的拓扑

2）BPDU分为两种类型：

2.配置BPDU的报文格式 

 3.BPDU报文核心字段 

4.配置BPDU的比较原则 

1）STP协议选举机制 ​

5）端口选举例子 

1.​

2.

3.

 5.stp接口状态

6. 拓扑变化-恢复故障的过程

1）根桥故障 -需要30s的恢复

 2）直连链路故障 -需要30s的恢复​

 3）非直连链路故障 -需要50s的恢复​

7.拓扑变更后，发送TCN BPDU

五、STP基础配置 

 思考题

 1. 根据BID比较出，sw3的g0/0/2为阻塞端口

2.带宽变小了开销会变大，所以 sw3的g0/0/1为阻塞端口

3.

 4.

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一、生成树STP技术背景

1.前言

交换机有多个接口，若两台交换机之间有多条链路相连，当交换机1发送数据帧是，另一个交换机2，收到未知单播帧，会泛洪；接着就会重复此操作，形成环路了。

2.二层交换机的冗余性与环路

 二层交换机在实际应用中，是需要这样的冗余的，因为避免单点故障，并且可以提高链路的可靠性，保证上层的服务正常运行。

很多时候，因为网络施工时将网线多插了，或者插错位置了，就会导致环路

三层里有TTL防止环路，255条，必死；

但是二层环路一旦形成，将是无休止的，直到消耗完设备资源，重启关机。

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二、生成树协议

1.生成树协议

• 逻辑上将一个端口阻塞，使断开端口所在的链路，破除环路。
• 当然能阻塞端口，同样在需要的时候，也可以放开端口，连通链路。

2.生成树能动态感知网络拓扑的变化，调整阻塞或放行端口

生成树： 通过交互报文感知网络拓扑的变化

ospf：通过hello报文感知网络的变化

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三、生成树基本概念（术语）

1.桥ID（BID）

桥ID（BID）：有桥优先级和桥Mac地址构成

                        BID=桥优先级+Mac地址

每一个台运行STP 的交换机都拥有一台唯一的根桥

根桥的桥ID：RID

2.根桥（根交换机）

1）通过比较桥ID大小，选出根桥。先比较优先级，在比较mac地址。

        桥优先级值越小，越优，成为根桥；优先级相同，比较mac地址

        （优先级可以手动修改）

        mac地址越小，越小，成为根桥；

2）根桥具备抢占性；

 3.cost

1）每一个stp的接口都有一个cost值

2）根桥会根据每一个非根桥的cost，计算到根的开销

3）接口带宽越大，cost越小

4）cost计算方法不同，cost也不相同。默认使用的是IEEE 802.11标准。

4.RPC（根路径开销）

 PRC=根桥到非根桥经过所有的入方向接口的cost累加

5.接口id（Port ID）

PID接口ID：由优先级和接口编号构成

例如：接在g0/0/1接口上的Port ID：128.1

端口id的优先级可以修改，修改范围在<0-240>,默认优先级为128

 

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四、BPDU（网桥协议数据单元）

1.BPDU基本概念

1）BPDU：是stp交换机之间的交互的报文，通过BPDU 感知网络的拓扑

2）BPDU分为两种类型：

        1.配置BPDU

        （交互桥ID、cost、PRC等信息；判断网络发生故障；拓扑计算，选举出阻塞的端口；计算哪些端口收、哪些端口发）

        2.TCN BPDU （topology change notification）

        当拓扑发生变更时，才会出现

黑色的是TCN BPDU，灰色的是BPDU

2.配置BPDU的报文格式 

 

 3.BPDU报文核心字段 

不是只有根桥才发送BPDU，当非根桥收到根桥的BPDU 的时候，也会准发给其他的非根桥。 

FLAG:  TC TCA

1、RID
        当前交换网络中根桥的桥ID。
2、RPC
        根路径开销，到达根桥的开销值开销值如何计算：

        从根桥计算，到达该接口所经过的，所有入方向的开销值累加，开销值三种计算方式。
3、BID
        自身发送该BPDu的桥IDBID=桥优先级（0-61440，优先级必须取4096的倍数）+MAc地址。
4、Port ID
        发送该BPDU的接口的ID，由接口优先级+接口号组成。

 -----------------       根据以上四个核心字段，选出指定端口、根端口。    ---------------------------
message age
        消息时间/生存时间，从根桥发出为0，每经过一台交换机+1s
max age
        最大生存时间――默认情况下20s，如果message age = max age，则该BPDU失效。

（max-age最大40s
        当max-age小于24s时，每经过一台设备message age +1

        当max age在24-39s之间时，每经过一台设备+2当max age等于40s时,每经过一台设备+3 ）

hello time
        发送bpdu的间隔，默认2s
forward delay
        转发延迟，默认15s

4.配置BPDU的比较原则 

1）STP协议选举机制 

 

BPDU转发时，唯一不变的是根桥的ID

交换机只有在发送BPDU时，才会算上自己的cost‘；接受BPDU时，不会算上自己的cost

指定端口(DP)：发送最优的BPDU

根端口(RP)：收最优的BPDU

阻塞端口（AP）:既不是指定端口，又不是跟端口，则为阻塞端口

 

 

 

 

5）端口选举例子 

1.

 LSW 5 收到来自LSW 2的 BPDU 【RID  0 RPC 20000 B0-ID 4096 PID g0/0/2】

             收到来自LSW 3的 BPDU 【RID  0 RPC 20000 BID 8192 PID g0/0/2】

故： LSW 5 收到来自LSW 2的 BPDU最优，则 LSW 5的g0/0/1为RP,G0/0/2为AP

2.

 LSW 8 收到来自LSW 7的 左边 BPDU 【RID  0 RPC 20000 BID 8192 PID g0/0/2】

                                           右边 BPDU 【RID  0 RPC 20000 BID 8192 PID g0/0/6】

故： LSW 5 收到来自LSW 7的 左边BPDU 最优，则 LSW 5的g0/0/2为RP,G0/0/12为AP

3.

 LSW 11收到来自LSW 10 的 左边 BPDU 【RID  0 RPC 20000 BID 8192 PID g0/0/2】

                                              右边 BPDU 【RID  0 RPC 20000 BID 8192 PID g0/0/2】

因为无法用BPDU的核心字段来比较，所以比较自身设备的接口号

故： LSW 5 收到来自LSW 7的 左边BPDU最优，则 LSW 5的g0/0/1为RP,G0/0/2为AP

 5.stp接口状态

1.禁用（disable）：不能收发BPDU，不能收发业务数据帧。（在接口处于down状态或者禁用时，为disable）

2.阻塞（blocking）：只会侦听BPDU，但不能收发业务数据帧，不会学习mac地址。（收BPDU是因为，即使是阻塞了，也需要动态感知整个网络的拓扑，以便未来放行该端口。并且假如，收发 业务数据帧就意味着它能学习mac地址了，这样一来，就不是阻塞端口了）

3.侦听（listening）：可以收发BPDU，不能收发业务数据帧，不会学习mac地址。（此时只是初步认定为根端口或者指定端口，还处于STP计算）

4.学习（learning）：可以收业务数据帧，但不能转发，进行mac地址学习。

5.转发（forwording）：可以收业务数据帧，也能发送业务数据帧。

*端口从阻塞状态到转发状态，需要两个BPDU转发延迟，经历侦听状态BPDU转发1延迟5s，学习状态BPDU转发延迟15s，一共20s

6. 拓扑变化-恢复故障的过程

1）根桥故障 -需要30s的恢复

 当根桥SW1故障，SW2变成根桥，

此时根桥SW2给SW3发送的BPDU里【RID 102b RPC 0 BID 102b PID 3端口 】

而在根桥故障前SW3的接受的BPDU【RID 102a RPC 20000 BID 102a PID 3端口 】

在两边BPDU不一致的情况下，SW3等待原来根桥SW1的max-age最大生存时间20s，20s内没有收到来自原根桥的BPDU，则认为SW2为根桥；接着，在将自己AP端口由阻塞状态经过两个BPDU转发延迟30s，转变为转发状态。

所以，根桥故障一共需要50s的恢复；

 2）直连链路故障 -需要30s的恢复

直连链路故障，非根交换机能直接感知到，所以不需要等待BPDU老化的20s，直接由AP端口由阻塞状态经过两个BPDU转发延迟30s，转变为转发状态。

所以，直连链路故障需要30s的恢复；

 3）非直连链路故障 -需要50s的恢复

7.拓扑变更后，发送TCN BPDU

当网络拓扑发生变化后，主机A欲想经过SW2与主机B通信，需要查mac地址表，而根桥变更后，mac地址发生了变化，原本走g0/0/3到主机B，现在需要走g0/0/2到主机B，但是mac地址表刷新需要300s，这一时间太长了，影响网络；

故TCN BPDU的作用，就是在网络发生变更的时候，新的根桥立刻发送 TCN BPDU，强制将非根桥的Mac地址刷新时间边为15s，然后非根桥向新根桥回复TCA确认后，向原来的根桥转发这个新根桥发送的TCN BPDU，原根桥回复TC ,再由这个给根桥转发给新根桥，完成mac地址的刷新。 

五、STP基础配置 

例如：

【SW1】

stp mode stp

stp priority 0

dis stp b

【SW2】

stp mode stp

dis stp b

 所以我的推断是正确的，sw2的e0/0/2是AP，阻塞了

【SW1】

stp mode stp

stp priority 4096

dis stp b

 思考题

 a

 1. 根据BID比较出，sw3的g0/0/2为阻塞端口

2.带宽变小了开销会变大，所以 sw3的g0/0/1为阻塞端口

3.

sw1：g0/0/0 DP ；g0/0/1 DP

sw2：g0/0/1 RP ;  g0/0/2 DP

sw3：g0/0/1 DP ;  g0/0/2 RP

sw4：g0/0/1 RP ;  g0/0/2 AP

 4.

sw1：g0/0/0 DP ；g0/0/1 DP

sw2：g0/0/1 RP ;  g0/0/2 AP