STP（802.1D）作用和工作原理
STP（802.1D）作用和工作原理
1.STP 作用：
- 解决、广播风暴，mac地址不稳定、重复单播帧等问题（防环）
- STP也提供了为网络提供备份连接的可能，避免单点故障，可与SDH保护配合构成以太环网的双重保护。
2.交换机互动沟通数据包———BPDU（桥协议数据单元）
2.实现过程
1）. 选根。
基于boot-ID字段，最小的是根。（开机后，交换机都认为自己是根，所以root-ID的初始值是和sender-ID是一样的）比boot-ID的大小，就是先比优先级priority,数值小的选中,priority相同的话,再比MAC值。数值小的选中。Priority的缺省值是：32768
确定根后，就只有根每隔2秒周期发BPDU了。非根交换机就只是转发BPDU了。
2）. 选root port
是为非根交换机选root port(root port:非根交换机离根最近的接口)。基于path cost选，小的优选。
3）. 选指派接口
为每个网段选一个指派接口（指派接口：网段离根最近的接口）。基于path cost选，小的优选。如path cost相同，比接口发的BPDU的sender-ID，小的选中.
4）. 没被任何步骤选中的非根交换机接口，被该算法管理关掉，即被设为blocking.此时该接口只能接收BPDU帧，不转发BPDU帧，也不能收、发用户帧。
- 当交换机的root port失效时，被blocking的接口，会有一个被自动激活，成为active.成为root port(因为被blocking的接口能接收BPDU)
- 网络稳定后，接口只有2种状态：forwording、blocking.
注意：配置BPDU—只有根网桥可以发送
3.拓扑变更
TCN—拓扑变更消息（也是BPDU）：
- 本地交换机链路故障后，STP重新收敛，为了快速刷新全网所有交换机的MAC表，将向本地所有STP接口发送TCN（标记位中的TCN位置1），邻居交换机收到TCN后，先标记为ACK位为回复，用于可靠传输消息；
- 之后将TCN逐级转发到根网桥处，由根网桥回复TC消息来逐级回复到所有交换机；
- 使所有交换机临时将MAC表的老换时间修改为15s（默认的，转发延时）
4.选举规则 (根网桥 根端口 指定端口 非指定端口)
- 根网桥 –
- 描述：在一棵生成树实例中，有且仅有一台交换机为root； BPDU中的 桥ID来决定
- 选举规则： 先比较优先级，越小小优； →→ 若优先级相同，比较mac，数值小优；
注：桥ID= 网桥优先级+ MAC地址
网桥优先级：0-65535公有， 默认32768 。
MAC地址：只有存在svi接口的交换机才拥有mac地址，若存在多个mac选数值最小。
- 根端口（ROOT）
- 描述：在每台非根网桥上，有且仅有一个接口；本地离根网桥最近的接口（最短、星型），
- 功能：接收来自根网桥的BPDU，转发用户的流量（该接口不阻塞）
- 选举规则：
- 连对端PID也相同，比较本地PID，小优；
- 对端BID也相同，比较该接口对端设备的接口的PID；越小越优，若优先级一致，编号小
- 入向cost值相同，比较该接口对端设备的BID，小优
- 比较从根网桥发出后，通过该接口进入时最小的cost值；
注:PID=端口ID 接口优先级（0-240，步长16，默认128） 接口编号
- 指定端口（Desg）
- 描述：在每一段存在STP的物理链路上，有且仅有一个；
- 功能：转发来自根网桥的BPDU，同时可以转发用户流量（不阻塞）；默认根网桥上所有接口为指定端口
- 选举规则:
- 比较从根网桥发出后，通过该接口进入这段链路时的cost值最小（出向）
- 若出向cost值相同，必须本地的BID，小优；
- 本地BID相同，比较本地的PID；
- 本地PID，相同，直接阻塞该端口；
- 非指定端口（Altn、阻塞端口）
- 描述：当以上所有角色全部选举完成后，剩余没有任何角色的接口为非指定；
- 功能：该接口逻辑阻塞，实际可以接收到信息，但不转发；
| 端口状态 | 说明 | 端口能力 |
| Disabled | 没有BPDU收发，一旦可以进行BPDU收发进入下一状态 | 不收发任何报文 |
| Blocking | 逻辑阻塞 | 不接受或者转发数据，接受但不发送BPDU，不进行地址学习 |
| Listing |
强制15s；所有交换机进行BPDU收发，选举所有角色；接口角色为非指定端口直接进入阻塞状态； 若为指定端口和根端口进入下一状态； |
不接收或者转发数据，接收并发送BPDU，不进行地址学习 |
| Learning |
强制15s； 指定端口和根端口学习所有接口连接设备的MAC地址，生成MAC表；之后进入下一状态； |
不接收或者转发数据，接收并发送BPDU，开始进行地址学习 |
| Forwarding | 指端端口和根端口进入，可以转发用户报文 | 接收或者转发数据，接收并发送BPDU，进行地址学习 |
注：只有到接口进入到转发状态后，才能为用户转发数据报文，之前的30s不能转发任何数据；
5.收敛时间
- 初次收敛：30s = 15侦听+15s学习
- 结构变化：
- 存在直连检测：本地存在阻塞端口，若其他端口断开，该阻塞端口马上进入15是侦听（选举）；结果若为 启用，那么将再进入15s学习---总30s
- 没有直连检测：本地不存在阻塞端口，若某个端口断开，将发送次优BPDU（以本地为根）给其他邻居交换机，其他交换机无视该数据，进行20s hold time计时，到时时阻塞接口进入15s侦听，15s学习=总50s
6.802.1D 缺点：
- 收敛慢
- 链路利用率低
7.802.1配置命令：
[sw1]stp mode stp 修改为802.1d算法，当下华为默认为MSTP；
[sw1]stp priority 4096 修改网桥优先级
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp cost ? 修改接口cost值
INTEGER<1-200000000> Port path cost
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp port priority ? 修改接口优先级
INTEGER<0-240> Port priority, in steps of 16
