HCIE-RS面試---STP拓撲變化過程

BPDU:bridge protocol data unit,網橋協議數據單元。
網絡中全部設備使能STP後，每一臺設備都覺得本身是根橋。此時，每臺設備僅僅收發配置BPDU，而不轉發用戶流量，全部的端口都處於listening狀態，全部設備經過交換配置BPDU後，進行選舉工做，選出根橋、根端口和指定端口。

BPDU報文的交互過程

根橋BID，累計根路徑開銷、發送者BID,發送端口PID構成有序組。配置BPDU會按照Hello Timer規定的時間間隔來發送。

STP算法實現的基本過程

一、初始狀態

因爲每一個橋都覺得本身是根橋，因此在每一個端口所發出的BPDU中，根橋字段都是用各自的BID,root path cost字段是累計的到達根橋的開銷，發送者BID是本身的BID,端口PID是發送該BPDU端口的端口ID。

二、選擇根橋

網絡初始化時，網絡中全部的STP設備都自覺得根橋，根橋ID爲自身的BID，經過交換BPDU，設備之間比較BID，BID最小的設備被公認爲根橋。至此，根橋肯定。

三、選擇根端口和指定端口

3.1 非根橋將接收最優BPDU的那個端口定爲根端口。

最優配置消息的選擇過程

1 每一個端口將收到的配置消息與本身的配置消息進行比較

• 若是收到的配置消息優先級比較低，則將其直接丟棄，對本身的配置消息不進行任何處理；
• 若是收到的配置消息優先級較高，則用該配置消息的內容將本身配置消息的內容替換掉。
• 若是收到的配置消息優先級與本身相同， 則將其直接丟棄。

  2 設備將全部端口的配置消息進行比較，選出最優的配置消息

  3.2 設備根據根端口的配置消息和根端口的路勁開銷，爲每一個端口計算一個指定端口配置消息：

• RBID字段替換爲RP的收到的BPDU中的RBID字段（BPDU中原來的RBID字段爲自身BID，因爲從RP收到的BPDU中獲得了真正的RBID，將此字段進行替換）
• 根路徑開銷字段替換爲RP收到的根路徑開銷加上RP對應的路徑開銷。（原來爲0，即根橋全部端口到根橋的路徑開銷爲0）
• 發送者BID替換爲自身設備的ID
• 發送端口PID替換爲自身端口ID

  3.3 設備將計算出的配置消息與角色待定端口本身的配置消息進行比較：

• 若是計算出的配置消息更優，則該端口被肯定爲指定端口，其配置消息也被計算出的配置消息替換，並週期性地向外發送；
• 若是該端口本身的配置消息更優，則不更新該端口的配置消息並將該端口阻塞，該端口將再也不轉發數據，且只接收不發送配置消息。

  STP算法實現過程

  
  A,B,C的優先級分別爲0，1，2，A與B之間，A與C之間，B與C之間鏈路的路徑開銷分別爲5，10，4.

  1 各設備的初始狀態

  注意:四元組：{根橋ID，累計根路徑開銷，發送者BID，發送端口PID}

  A

端口名稱	端口的配置消息
Port A1	{0,0,0,pa1}
Port A2	{0,0,0,pa2}

B

端口名稱	端口的配置消息
Port B1	{1,0,1,pb1}
Port B2	{1,0,1,pb2}

C

端口名稱	端口的配置消息
Port C1	{2,0,2,pc1}
Port C2	{2,0,2,pc2}

2 各設備的比較過程及結果

A

比較過程

• Port A1收到Port B1的配置消息{1，0，1，Port B1}，發現本身的配置消息{0，0，0，Port A1}更優，因而將其丟棄。
• Port A2收到Port C1的配置消息{2，0，2，Port C1}，發現本身的配置消息{0，0，0，Port A2}更優，因而將其丟棄。
• DeviceA發現本身各端口的配置消息中的根橋和指定橋都是本身，因而認爲本身就是根橋，各端口的配置消息都不做任何修改，此後便週期性地向外發送配置消息。

  比較結果

• Port A1：{0，0，0，Port A1}
• Port A2：{0，0，0，Port A2}

  B

  比較過程一

• pb1收到pa1的發來的配置消息{0,0,0,pa1}，發現比本身的配置消息{1，0，1，pb1}更優，因而更新本身的配置消息。
• pb2收到pc2發來的配置消息{2，0，2，pc2}，發現本身的配置消息{1，0，1，pb2}更優，因而將其丟棄。

  比較結果二

• PB1:{0,0,0,PA1}
• PB2:{1,0,1,PB2}

  比較過程二

• B比較本身各端口的配置消息，發現PB1的配置消息最優，因而將其指定爲根端口，，其配置消息不變。
• B根據根端口PB1的配置消息和路徑開銷，爲PB2計算出指定端口的配置消息{0，5，1，PB2},而後與BP2自己的配置消息進行比較，發現計算出的配置消息更優，因而PB2被定爲指定端口，其配置消息也被替換爲計算出的配置消息，並週期性向外發送。

  計算結果二

• 根端口PB1:{0,0,0,PA1}
• 指定端口PB2:{0,5,1,PB2}

  C

  計算過程一

• PC1收到PA2的配置消息{0，0，0，PA2}，發現其比本身的配置消息{2，0，2，PC1}更優，因而更新本身的配置消息。
• PC2收到PB2更新前的配置消息{1，0，1，PB2}，發現其比本身的配置消息{2，0，2，PC2}更優，因而更新本身的配置消息。

  計算結果一

• PC1:{0,0,0,PA2}
• PC2:{1,0,1,PB2}

  計算過程二

• C比較本身各端口的配置消息，發現PC1的配置消息最優，因而該端口被肯定爲根端口，其配置消息不變。
• C根據根端口的配置消息和路徑開銷，爲PC2計算出指定端口的配置消息{0，10，2，PC2}，而後與PC2自己的配置消息{1，0，1，PB2}進行比較，發現計算出的配置消息更優，因而PC2被肯定爲指定端口，其配置消息更新爲計算出的配置消息

  計算結果二

• PC1:{0,0,0,PA2}
• PC2:{0,5,1,PB2}

  計算過程三

• C比較PC1的根路徑開銷10與PC2的根路勁開銷9，發現後者更小，因而PC2的配置消息更優，因而PC2被肯定爲根端口，其配置消息不變。
• C根據根端口的配置消息和路徑開銷，爲PC1計算出指定端口的配置消息{0，9，2，PC1}，而後與PC1自己的配置消息{0，0，0，PA2}進行比較，發現自己的配置消息更優，，因而PC1被阻塞，其配置消息不變。今後，，PC1再也不轉發數據，直到有觸發STP計算的新狀況出現，如B與C之間的鏈路down掉。

網絡收斂後，根橋會按照必定的時間間隔產生並向外發送配置BPDU，其餘設備收到該配置BPDU後，若是優先級比本身的配置BPDU高，則非根橋設備會根據收到的配置BPDU中攜帶的信息更新本身相應的端口存儲的配置BPDU信息，不然會丟棄該配置BPDU。

STP 拓撲變化

1. T點接口發生變動後，下游設備會不間端地向上遊設備發送TCN BPDU報文。
2. 上游設備收到下游設備發來的TCN BPDU報文後，只有指定端口處理TCN BPDU報文，其餘端口也有可能收到TCN BPDU報文，但不會處理。
3. 上游設備會將配置BPDU報文中的flags字段中的TCA位置1，而後發送給下游設備，告知下游設備中止發送TCN BPDU報文。
4. 上游設備複製一份TCN BPDU報文，向根橋方向發送。
5. 重複步驟1，2，3，4.直到根橋收到TCN BPDU報文。
6. 根橋把配置BPDU報文中flags的TC位和TCA位同時置1 後發送，TC位置1 是爲了通知下游設備直接刪除橋MAC地址表項，TCA位置1 是爲了通知下游設備中止發送TCN BPDU報文。
   說明：
   • TCN BPDU報文主要用來向上遊設備乃至根橋通知拓撲變化。
   • 置位的TCA標記的配置BPDU報文主要是上游設備用來告知下游設備已經知道拓撲變化，通知下游設備中止發送TCN BPDU報文。
   • 置位的TC標記的配置BPDU報文主要是上游設備用來告知下游設備拓撲發生變化，請下游設備直接刪除橋MAC地址表項，從而達到快速收斂的目的。

總結

選舉方法

• 一、選擇根橋
• 二、非根橋上選擇根端口
• 三、衝突域上選擇指定端口
• 四、既不是RP也不是DP的就是AP

  在穩定STP網絡中端口狀態只有2種

  一、discasrding(AP)

  二、forwarding（RP.DP)

  最優BPDU的選擇

• 1 root id 最小
• 2 rpc積累和
• 3 bid最小
• 4 pid最小

  選舉的算法

• root id 最小是根橋
• 非根橋bpdu最好的端口是RP
• 根據RP計算DP的BPDU參數，若是比指定端口的自己的BPDU參數好，則該端口爲DP端口，若是沒有比指定端口自己的BPDU參數好，則該端口爲AP。

RP失效，存在AP，網絡須要30s恢復鏈接

RP失效，不存在AP，網絡須要50s恢復鏈接