生成树协议--STP
生成树协议——STP
引入：
为了消除链路层的环路，即二层环路，并实现链路的冗余备份(就是当主链路出现故障，能有一条备用链路保证网络不受影响)，STP生成树协议诞生了！！
一.基础
STP，Spanning Tree Protocol,生成树协议。
作用：→通过阻断冗余链路来消除桥接网络中可能存在的路径回环，即网络环路。
→当前链路发生故障时激活冗余备份链路，恢复网络连通性。
通过在桥(这里的桥是指连接两个物理段的设备，在生成树协议中一般为交换机)之间交换BPDU，来保证设备完成生成树的计算过程。
BPDU，Bridge Protocol Data Unit,桥协议数据单元，就是生成树设备之间交换报文的报文类型。BID,桥ID,即生成树网络中交换机的ID,由优先级和MAC地址构成,例:0.0000-0000-0001,开头的0表示桥优先级，默认为32768,可通过命令修改,范围在0-65535之间,且取值只能是0或4096的倍数。
(1)配置BPDU包含的信息
→根桥ID(RootID)(在生成树协议网络的众多交换机中会选举出一个老大作为根桥，这个老大叫Root，用来交换拓扑信息)
→根路径开销(Root Path Cost)(其他设备到根桥的的开销，路径开销：网桥间距离的度量值)
→指定桥ID(DBID，Designated Bridge ID)(每个物理段都会选举出一个指定桥，如上图①与②物理段因为SW1被选举为整个网络的根桥,所以不用选指定桥,③物理段则会选择一个指定桥，通过BID可知指定桥为SW2,因为其BID较小)
→指定端口ID(什么是指定端口后面会说)
(2)根桥的选举：
①.通过比较BID,先比较优先级,优先级值越小越优先，优先级大的被选为根桥。
②.如果优先级相同，则比较MAC地址，MAC地址小的优先。
(3)端口角色：
→DP——指定端口,根桥上所有端口为指定端口，连接指定桥的端口为指定端口。每个物理段，有只有一个DP,DP的对端必定是RP或者AP,RP和AP的对端必定是DP。
→RP——根端口,在非根桥上选举根路径开销最小的端口为根端口。每个非根桥必须选择一个端口作为根端口。
→AP——阻塞端口，既不是根端口也不是指定端口的其他端口被STP置为阻塞状态。也可以说是RP的备用端口，当RP所在链路故障时，AP转变为RP.
(4)路径开销COST
STP以IEEE802.1D为标准计算开销：
| 带宽 | STP开销 |
| 4Mbit/s | 250 |
| 10Mbit/s | 100 |
| 100Mbit/s | 19 |
| 1 Gbit/s | 4 |
| 10 Gbit/s | 2 |
(5)通过桥ID决定端口角色
→在根路径开销相同时，所连网段指定桥ID最小的端口为根端口RP。
→在根路径开销相同时，桥ID最小的桥被选为物理段上的指定桥，连接指定桥的端口为指定端口DP
(6)通过端口ID决定端口角色
→当两条链路开销相同时，端口ID小的一方为根端口。
(7)端口状态
| 端口角色 | 端口状态 | 端口行为 |
| 未启用STP功能的端口 | Disabled | 不收发BPDU,不收发数据，不学习MAC地址 |
| 非指定端口或根端口 | Blocking | 收但不发BPDU,不收发数据，不学习MAC地址 |
| —— | Listening | 收发BPDU,不收发数据，不学习MAC地址 |
| —— | Learning | 收发BPDU,不收发数据，学习MAC地址 |
| 指定端口或根端口 | Forwarding | 收发BPDU，收发数据 |
(8)端口迁移
→端口被选为指定端口或根端口后，状态变化
Blocking →Listening →(Forward Delay time=15s)→Learning →(Forward Delay time=15s)→Forwarding
Forward Delay time：状态转换需要的时间
二.深入
(1)STP中BPDU报文格式
→PID:协议ID
→PIV:版本
→BPDU Type:BPDU类型，有配置BPDU和TCN(用于清除MAC表)
→Flags:标志位，共8个bit，对应8个位，即Flags字段有8位，标准STP中只使用了第七位TCA与第0位TC,而RSTP,MSTP中8位都用到了。
→Root ID,RPC,Bridge ID，Port ID分别对应根桥ID，路径开销，本桥ID，端口ID。
→Message Age，当前消息年龄，每经过一台设备，这个值+1，这个值大于Max Age时，则该报文被老化。
→Max Age，最大老化时间，默认为20s
→Hello Time，默认为2s
→FWD Delay，传输时延。
(2)STP中的TCN BPDU
STP的TCN BPDU，主要用于清除设备的MAC地址表。
当网络拓扑发生变化，例如：
当SWA与SWC之间出现故障，因为MAC地址表项的老化时间默认为300s，所以00-05-06-07-08-BB G0/1这条错误的MAC表项会存在300s后才会转换成备用链路的G0/2接口，在这段时间之内,SWB是无法将数据从G0/2接口转发给SWC的。
300s恢复正常转发肯定是无法接受的，所以有了TCN BPDU，用来清除MAC以重新获取正确的MAC地址。
(灵魂画师)
→TCN，用于通知
→TCA，用于确认TCN，位于BPDU报文中Flags位的第7位
→TC， 清除MAC，位于BPDU报文中Flags位的第0位
(3)STP保护
→STP根保护
话不多说 看图
当网络中新加入一个交换机且优先级大于当前根桥，如果没有开启根保护，那么新来的SW会被选为根桥，这会导致PC间的互访不能用最优路径。即没有新加入SW时PC间的互访线路为:②→③，而新来的SW被选为根桥后的线路为:②→④→④→③。
当开启的根保护时，即在根桥上配置root-protection，当收到更高优先级的BPDU，即对于G0/3接口的BPDU不进行计算，并配置为状态Listening状态。
→STP BPDU保护
STP的BPDU保护是针对于边缘端口的，即如果确认边缘端口所连接的是一台PC，如果这台PC发送STP报文，会导致STP网络发生变化，如果PC是攻击者会导致STP网络瘫痪，所以要开启STP的BPDU保护，即一旦接收到PC发来的BPDU，则立刻将这个边缘端口shutdown，如果想要恢复，可以网管手工恢复或配置成一定时间内未收到BPDU自动恢复。
→STP环路保护
图来~
当AP接口(Blockig状态)一直收不到来自上游的BPDU使他继续阻塞，那么它会在20S(BPDU老化时间)后从AD转变为DP从而形成环路，所以可通过在AP接口上配置stp loop-protection开启环路保护。
(4)常用命令
[SW]stp global enable ！全局开启STP特性
[SW]stp mode stp/rstp/mstp ！设置STP模式(默认为MSTP)
[SW]stp pathcost-standard dot1d-1998/dot1t/legacy ！配置路径开销标准，dot1d-1998已被淘汰，常用dot1t。
[SW]stp priority 0/4096的倍数 ！设置当前设备的STP优先级(默认32768)
[SW]stp timer hello [100-1000ms] ！配置STP Hello时间，单位为毫秒，默认为200ms，即2s
[SW]stp timer max-age [600-4000ms] ！配置STP最大老化时间，默认为20s
[SW]stp root-protection ！开启STP根保护
[SW]stp bpdu-protection ！开启BPDU保护
[SW]stp loop-protection ！开启环路保护
[SW-GigabitEthernet1/0/1]stp edged-port ！配置端口为边缘端口
[SW-GigabitEthernet1/0/1]stp cost [1-200000] ！STP接口开销
[SW]display stp ！查看STP信息
[SW]display stp root ！显示所有生成树根桥信息
[SW]display stp bpdu-statistics ！显示端口BPDU统计信息
！！！！！
STP先讲到这，后面更新RSTP(快速生成树协议)与MSTP(多生成树协议)
