STP协议-基础

 

生成树协议

一 .技术背景
一个缺乏冗余性设计的网络：任何一个网络节点出现故障，会造成单链路故障、单设备故障，使整个网络瘫痪。

引入冗余性的同时也引入了二层环路：网络的冗余性增强了，但是却出现了二层环路。

常见的二层环路的原因有：错误地连接设备之间的互联线缆、配置错误等。

二 .二层环路带来的问题
因为交换机对“BUM帧（Broadcast，Unknown unicast，Multicast）指定广播、未知单播及组播帧”，会进行泛洪行为，一旦在环路中进行泛洪，那么数据帧就会被复制多份，然后在环路中进行着无限制的泛洪，就会形成以下一系列的问题：

1 广播风暴：短时间内会出现大量数据帧在环路中无限制的泛洪。

2 重复帧拷贝：在广播风暴的同时还会将数据帧重复拷贝多份，不停的防洪。

3 MAC地址漂移：当一台交换机的环路相关的端口，因为收到了被重复拷贝的数据帧，导致MAC地址表中环路相关端口和MAC的对应关系会不停的来回快速切换，导致以此为目标MAC的数据帧找不到去路。

三. 生成树协议
在网络中部署生成树后，交换机之间会进行生成树协议报文的交互并进行无环拓扑计算，最终将网络中的某个（或某些）接口进行阻塞（Block），从而打破环路。

交换机上运行的生成树协议会持续监控网络的拓扑结构，当网络拓扑结构发生变化时，生成树能感知到这些变化，并且自动做出调整。

因此，生成树能够动态响应网络拓扑变化调整阻塞接口，既能解决二层环路问题，也能为网络的冗余性提供一种方案。

查看生成树的简要信息命令：display stp brief

四 .STP的基本概念
1 桥ID（Bridge ID，BID）
IEEE802.1D标准中规定BID由16位的桥优先级（BridgePriority）与桥MAC地址构成，优先级默认为32768。

每一台运行STP的交换机都拥有一个唯一的BID。

BID桥优先级占据高16bit，其余的低48bit是桥MAC地址。

在STP网络中，BID最小的设备会被选举为根桥。

注：此处网桥（Bridge ），或者桥也就是交换机。

相关命令
修改优先级命令：stp priority 0 \\优先级必须是4096的倍数

修改优先级为0：stp root primary \\树根

修改优先级为4096：stp root secondary \\次级根

查看生成树信息命令：display stp

查看接口信息命令：display interface

2 根桥（Root Bridge）
STP的主要作用之一是在整个交换网络中计算出一棵无环的“树”（STP树）。

根桥是一个STP交换网络中的“树根”。

STP开始工作后，会在交换网络中选举一个根桥，根桥是生成树进行拓扑计算的重要“参考点”，是STP计算得出的无环拓扑的“树根”。

在STP网络中，桥ID最小的设备会被选举为根桥。

在BID的比较过程中，首先比较桥优先级，优先级的值越小，则越优先，拥有最小优先级值的交换机会成为根桥；如果优先级相等，那么再比较MAC地址，拥有最小MAC地址的交换机会成为根桥。

3 Cost（开销）
每一个激活了STP的接口都维护着一个Cost值，接口的Cost主要用于计算根路径开销，也就是到达根的开销。

接口的缺省Cost除了与其速率、工作模式有关，还与交换机使用的STPCost计算方法有关。

接口带宽越大，则Cost值越小。

用户也可以根据需要通过命令调整接口的Cost。

COST计算方法

 

 

 

4 RPC（根路径开销，Root Path Cost）
在STP的拓扑计算过程中，一个非常重要的环节就是“丈量”交换机某个接口到根桥的“成本”，也即RPC。

 

一台设备从某个接口到达根桥的RPC等于从根桥到该设备沿途所有入方向接口的Cost累加。

 

5 Port ID（PID，接口ID）
运行STP的交换机使用接口ID来标识每个接口，接口ID主要用于在特定场景下选举指定接口。

 

接口ID由两部分构成的，高4bit是接口优先级，低12bit是接口编号。

 

激活STP的接口会维护一个缺省的接口优先级，在华为交换机上，该值为128。用户可以根据实际需要，通过命令修改该优先级。

 

6 BPDU（Bridge Protocol Data Unit，网桥协议数据单元）
BPDU是STP能够正常工作的根本。BPDU是STP的协议报文。每隔2秒发出一个BPDU。

 

STP交换机之间会交互BPDU报文，这些BPDU报文携带着一些重要信息，正是基于这些信息，STP才能够顺利工作。

 

BPDU分为两种类型：
配置BPDU（ConfigurationBPDU）
TCNBPDU（TopologyChangeNotificationBPDU）

 

配置BPDU是STP进行拓扑计算的关键；

TCNBPDU只在网络拓扑发生变更时才会被触发。

 

BPDU报文的数据链路层是802.3以太。