华为交换机 STP 协议

STP概述

以太网交换网络中为了进行链路备份，提高网络可靠性，通常会使用冗余链路。但是使用冗余链路会在交换网络上产生环路，引发广播风暴以及MAC地址表不稳定等故障现象，从而导致用户通信质量较差，甚至通信中断。为解决交换网络中的环路问题，提出了生成树协议STP（Spanning Tree Protocol）

STP原理

在一个具有物理环路的交换网络中，交换机通过运行STP协议，自动生成一个没有环路的工作拓扑。该无环工作拓扑也成为STP树，当网络拓扑发生变化时，STP树也会自动地发生相应的改变。简言之，有环的物理拓扑提高了网络连接的可靠性，而无环的工作拓扑避免了广播风暴、MAC地址表震荡。

在学习STP树之前，需要先了解几个基本术语：桥、桥的MAC地址、桥ID、端口ID；

桥（Bridge）：早期的交换机一般只有两个转发端口，所以那时的交换机常常被称为"网桥"，或简称成"桥"。后来"桥"这个术语一直沿用至今，但并不是指只有两个转发端口的交换机了，而是泛指具有任意多端口的交换机。目前“桥”和“交换机”这两个术语是可以混用的。

桥的MAC地址（Bridge MAC Address）：我们知道一个桥有多个转发端口，每个端口有一个MAC地址。通常，我们把端口编号最小的那个端口的MAC地址作为整个桥的MAC地址。

桥ID（Bridge Identifier，BID）：一个桥（交换机）的桥ID由两部分组成，即：桥优先级 + 桥的MAC地址；其中桥优先级的值可以人为设定，默认值为0x8000（相当于十进制的32768）。取值范围是0~65535。

端口ID（Port Identifier，PID）：一个桥（交换机）的某个端口的端口ID由两部分组成，即：端口优先级 + 端口编号；端口优先级的值是可以人为设定的。不同厂商的设备对于两部分所占用的字节数可能有所不同。

STP树生成过程

首先选举根桥（Root Bridge），然后每个非根交换机选举一个根端口（Root Port，RP）和每条链路选举一个指定端口（Designated Port，DP），最后阻塞备用端口（Alternate Port，AP）

1、选举根桥

选举根桥首先是比较Bridge ID，谁的Bridge ID更小，则谁优先被选择成为根桥。

• Bridge ID = Priority ( 32768 by default ) + MAC ( base MAC address )

• 首先比较优先级，如果优先级相同其次比较base MAC address

• Bridge ID共8字节，其中MAC地址占6字节，Priority占2字节，Priority的默认值为2字节表达数范围（0 - 32768）的中间值。

• 当交换机第一次启动，它会假设自身为根桥，它会将自身的Bridge ID放入向外发送的BPDU中的Root Bridge ID和Bridge ID中。

• 当它收到一个更小的Bridge ID，它会将该ID写入自身发送的BPDU中，然后将更新后的BPDU通告给其他的交换机。

• 通过不断交换BPDU和比较Bridge ID则会选举出最终的根桥。

• 根桥会生成Configuration BPDU，并每隔2秒钟通过可用路径发送出去。其余的交换机不能生成BPDU，只能对根桥发送的BPDU进行转发（转发的BPDU数据包中的桥ID为转发者的桥ID）。

如图，交换机SW1、SW2、SW3都使用了默认的桥优先级32768。显然SW1的BID最小，所以最终SW1将被选举为根桥。 

2、确定根端口

根桥确定后，其它没有成为根桥的交换机都被成为非根桥（或非根交换机）。一台非根桥设备上可能会有多个端口与网络相连，为了保证从某台非根桥设备到根桥的工作路径是最优且唯一的，就必须从该非根桥设备的端口中确定出一个被成为 "根端口" 的端口，由根端口来作为非根桥设备与根桥设备之间进行报文交互的端口。一台非根桥设备上最多只能有一个根端口。

非根桥在选举根端口时分别依据该端口的根路径开销、对端BID、对端PID和本端PID。一个运行STP协议的网络中，我们将某个交换机的端口到根桥的累计路径开销（即从该端口到根桥经过的所有链路的路径开销的和）称为这个端口的根路径开销（Root Path Cost，RPC）。链路的路径开销（Path Cost）与端口速率有关，端口转发速率越大，则路径开销越小。缺省情况下，路径开销值的计算方法为 IEEE 802.1T（dot1t）标准方法。下面是更改命令

[Huawei]stp pathcost-standard ?
  dot1d-1998  IEEE 802.1D-1998
  dot1t       IEEE 802.1T
  legacy      Legacy

端口速率与路径开销的对应关系如下表所示： 

端口速率	路径开销（ IEEE802.1T 标准）
10Mbit/s	2000 000
100Mbit/s	200 000
1Gbit/s	20 000
10Gbit/s	2 000

如图：SW2的1端口跟SW3的1端口是根端口，因为根桥到这2个端口（红线方向）到路径开销最小，都是 200000，根桥到SW2的2端口（蓝线方向），根桥到SW3的2端口（绿线方向）路径开销都是400000。

3、确定 指定端口

为了防止工作环路的存在，网络中每个网段与根桥之间的工作路径也必须是唯一且最优的。当一个网段有两条及以上的路径通往根桥时，与该网段相连的交换机就必须确定出一个唯一的指定端口。指定端口也是通过比较RPC来确定的，RPC较小的端口将成为指定端口。如果RPC相同，则需要比较BID、PID等。根桥上的所有端口都是指定端口。

如上图，SW2与SW3这条链路分别可以从红色（SW2的2端口），蓝色（S3的2端口）方向通往根桥，但此时 RPC 开销是一样的，都是 400000（200000+200000），接着比较 BID，SW2小于SW3，所以 SW2的 2 端口是指定端口。