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STP生成树基础

1、STP在IEEE制定的802.1D标准中定义,用于在局域网中消除数据链路层环路。
2、具有最小桥ID的网桥即为网络中的根桥;
3、桥ID包括桥优先级和桥MAC地址两部分;
4、因为桥MAC在网络中是唯一的所以桥ID在网络中也是唯一的;
5、路径开销=路径上全部链路开销的和。

BPDU:
1)配置BPDU:用来进行生成树计算和维护生成树拓扑的报文;
2)TNC BPDU:当拓扑结构发生变化,用来通知相关设备网络拓扑结构发生变化的报文;
3)网桥之间通过配置BPDU进行根桥的选择以及端口角色的确定;
4)配置BPDU基于二层组播方式发送,目的地址为01-80-C2-00-00-00;
5)只有根桥会产生配置BPDU,非根桥只对配置BPDU进行中继,没有配置或没有运行STP协议的网桥将把配置BPDU当做普通数据帧进行转发;
6)网桥上的每个端口都将保存本端口最优配置BPDU,通过MAXAGE将配置BPDU删除;
7)配置BGPDU包含MAC地址、源MAC地址、帧长、逻辑链路以及载荷。
名词解释:
1)ROOT ID:根桥ID用于标识网络中的根桥;
2)ROOT PATH COST(RPC):根路径开销,指从发送该配置BPDU的网桥到根桥的最小路径开销,即最短路径上的所有链路开销的代数和;
3)NRIDGE ID:发送该配置BPDU的网桥ID,即该Physioal Segment的指定桥ID;
4)PORT ID:发送该配置BPDU的网桥的发送端口ID;PORT ID值由端口优先级确定;
5)根端口:比较RPC,当网桥从一个端口收到配置BPDU后,首先获取其中的RPC和接收端口的链路开销相加,得到此端口的RPC,每个端口以相同的方式进行计算,最终端口进行比较;
6)指定端口:比较端口发送的配置BPDU和接收的配置BPDU,如果发送的配置BPDU优于接口的收到的BPDU,表明在本Physical Sgement端口上拥有最优的配置BPDU,则该端口为指定端口;
7)ALTERNATE端口:该端口的配置BPDU在其所属Physical Segment上不是最优的,且端口不是根端口。
等路径开销算法:
当存在带宽相同的网络,此时就需要比较优先级向量中的(Designate Bridge ID、Designate Port ID)特殊情况下还需要比较接口接收端的Bridge Port ID。
收到低优先级配置BPDU时的处理:
在STP稳定运行期间,根桥以Hello time(2s)为周期发送配置BPDU其他网桥从根端口接收配置BPDU。
当网桥在指定端口收到一个低级当配置BPDU时,网桥会立即回应一个配置BPDU,这样可以保证新加入当网桥尽快地确认根桥和端口角色,加快收敛。
网桥可以快速回复配置BPDU是因为网桥都会保存现在最优地配置BPDU,该配置BPDU的生存周期为MAX Age。当配置BPDU生存周期超过时,网桥会重新认为自己是网络中的根桥,发送以自身为根的配置BPDU。

hello时间默认是2秒,forward-delay默认为15秒 , max-age默认时间为20秒


8)STP端口状态:

STP端口状态


STP拓扑改变处理的过程:
1)当网桥感知到拓扑发生变化产生TCNBPDU从端口发出,通知根桥;
2)如果上游网桥不是根网桥,则上游网桥会将下一个要发送的配置BPDU中的TCA位置位,作为收到的TCN的确认,发送给下游网桥;
3)上游网桥从根端口发送TCNBPDU;
4)重复2)3)直到根桥收到TCNBPDU;
5)根桥收到TCNBPDU后,会将下一个要发送的配置BPDU的TCA位置位作为收到的TCN的确认,根桥还会将该配置BPDU中的TCN位置位,用来通知网络中所有网桥网络拓扑发生了变化。
6)根桥在之后的MaxAge+Forward Delay时间内,将发送的配置BPDU中的TCA置位,当网桥收到根桥发送的TCA位的配置BPDU后,会将自己MAC地址老化时间由300s缩短为Forward Delay。
STP协议的不足:
STP为了避免临时环路的产生,每个端口在确认为根端口或者指定端口后,仍然需要等待30s的时间才能进入转发状态;
此外对于拓扑稳定的网络,经常需要重新进行STP计算,某些端口可能会长期处于阻塞状态而导致网络长时间的中断;
STP定义了TCNBPDU,可以使得网络拓扑变化时在50s之内实现收敛,TCNBPDU产生的条件是网桥由根端口转变为Forwarding状态,且网桥至少包含一个指定端口;
当网络中存在大量用户主机时,由于频繁地上下线导致交换机频繁发送TCNBPDU,导致网桥MAC地址老化时间长期保持为15s,MAC地址频繁刷新会导致网络产生大量未知单播造成的广播报文从而影响网络的带宽。

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