交换机 STP 协议 （使用冗余交换机时，防止网络中出现环路造成广播风暴。Active/Standby 模式）

转自 http://sunxuewei.blog.51cto.com/902684/978573

需求：

    在大型局域网中，为了维护网络的健壮性和可靠性，在核心层会采取多台设备进行冗余备份，而在汇聚层也会采取双归属或者环路来达到负载分担和冗余备份。因此在此类网络中从一点到达另一点可能会有多条路径可达。因而在报文转发时不可避免的会产生广播风暴。
STP的计算将错综复杂的物理网络整合成一棵逻辑转发树，将那些没有必要的链路阻塞。而当某些当前在用的链路发生故障时，又可以快速启用被阻塞的的链路来代替，保证网络的连通性。简单地说，想做冗余又怕环路所以用 STP 解决。

作用：

   交换机内的生成树算法（STA）使你可以创建一条备用链路（当网络中存在多台交换机时）。在主链路正常工作时，备用链路处于空闲状态（不工作）；只有在主链路出现问题时，备用链路才不需要任何人工干预自动地接替主链路。这种自动重构的功能，使得网络上的用户能够最大限度地与网络保持正常的连接。

   STP协议在逻辑上断开网络的环路，防止广播风暴的产生，而一旦正在使用的线路出现故障，逻辑上被断开的线路又被连同，起到了冗余备份的作用。

原理

什么是STP协议？

STP（Spanning Tree Protocol）生成树协议

举例：当网络存在环路的时候，A查找MAC地址，不存在，那么它向B、C广播，B、C也不存在，那么它们也向外广播，这样一来，就会形成双向广播环，广播风暴最终会导致网络资源耗尽，交换机死机。

 

在这个时候，STP就起到作用了

stp协议是逻辑上断开环路，防止广播风暴的产生
当线路出现故障，断开的接口被激活，恢复通信，起备份线路的作用

STP将一个环形网络生成无环拓朴的步骤：
选择根网桥（Root Bridge）
选择根端口（Root Ports）
选择指定端口（Designated Ports）

网桥ID（BID）
网桥ID是唯一的，交换机之间选择BID值最小的交换机作为网络中的根网桥

取值范围：0 ～ 65535
缺省值：32768

 

 

交换机A的BID只最小（000d.2800.b100),所以它将被选为根网桥（root bridge）

下一步选择跟端口，

在非根网桥上选择一个到根网桥最近的端口作为根端口

选择根端口的依据是：
根路径成本最低 
直连的网桥ID最小
端口ID最小
 

根路径成本－是网桥到根网桥的路径上所有链路的成本之和

链路带宽（Mb/s） 路径成本
10                            100
16                             62
45                             39
100                           19
155                           14
622                           6
1000                         4
10000                       2

我们只需要记住3个路径成本就够了（100，19,4）这是比较常用的三个

 

 

 

指定端口

在每个网段上，选择1个指定端口
 

根桥上的端口全是指定端口
 

非根桥上的指定端口：
根路径成本最低
端口所在的网桥的ID值较小
端口ID值较小

接下来我做一个经过stp计算，最终形成无环拓扑结构的过程，看图

 

 

 

A很明显是根网桥

 

 

图没截好，BC上面的根端口 也已经出来了 （因为与根网桥直连的端口是根端口）

 

接下来，指定端口的选择

A是根网桥，所以它上面的所有端口都是指定端口

 

 

如图所说，B的网桥ID较小，所以B上面的端口为指定端口，

 

这样，经过stp计算，无环拓扑网络结构就出来了

 

 

好了 过程大家看明白了吧，但是有没有想过，交换机怎么知道其他交换机的网桥ID？怎么知道哪个端口的根路径成本最小？

这就涉及到BPDU（桥协议数据单元）

交换机之间使用BPDU来交换STP信息
BPDU
Bridge Protocol Data Unit －桥协议数据单元
使用组播发送BPDU，组播地址为：
01-80-c2-00-00-00
BPDU分为2种类型：
配置BPDU － 用于生成树计算
拓朴变更通告（TCN）BPDU － 用于通告网络拓朴的变化

 

BPDU所包含的关键字

 

1，交换机启动时，假定自己是根网桥，在向外发送的BPDU中，根网桥ID字段填写自己的网桥ID,

2，当接收到其他交换机发出的BPDU后，比较网桥ID，选择较小的添加到根网桥ID中

3，当全网所有的交换机接收到全部的BPDU并作比较后，就可以选择出唯一的一个根网桥

4，根网桥发送根路径成本为0的BPDU

5，其他交换机接收到根网桥的BPDU后，在根路径成本上添加接收接口的路径成本，然后转发

 

 

交换机的5种stp状态

状态                                 用途
转发（Forwarding） 发送和接收用户数据
学习（Learning） 构建网桥表
侦听（Listening） 构建“活动”拓朴
阻塞（Blocking） 只接收BPDU
禁用（Disable） 强制关闭

 

 

生成树计时器

交换机开机需要等待30秒时间开始转发数据
当某个正在使用的链路断掉，阻塞的端口需要50秒时间开始转发数据

0--------------20-----------15-----------15

阻断              倾听            学习              转发

 

OK，比较乱，认真看就明白了