網絡初級篇之STP（BPDU詳解與STP故障恢復）

1、BPDU包含的參數

　

　　經過STP的原理，咱們學習了紅色部分的字段（根橋ID、根路徑開銷、橋ID、端口ID）。如今講解一下黃色部分的字段（類型、計時器、老化時間、訪問時間）

一、（BPDU Type）BPDU類型

　　BPDU報文共有兩種類型：配置BPDU與TCN BPDU。通常狀況下，配置BPDU是根橋發送給各個橋的報文；而TCN BPDU是當網絡拓撲中的橋發現網絡拓撲發生變化時，向根橋發送的報文。

二、計時器

　　BPDU報文在網絡中的生存週期（配置BPDU報文每通過一臺橋設備，報文老化時間+1）

三、最大老化時間

　　BPDU報文在網絡中最大的老化時間（當報文老化時間大於最大老化時間時，BPDU報文將被丟棄。橋設備將根橋看作不可用前保留根ID的最大時間。最大老化時間可修改，默認爲20秒）

四、訪問時間

　　根橋通過特定的時間向其餘橋設備發送BPDU報文，爲STP生成樹包活，這一特定的時間就是訪問時間（每間隔2秒一次）

五、轉發延時

　　端口狀態改變時所須要的時間（30秒）

2、常碰到的問題

一、根橋故障時

　　

   　　當根橋發生故障時，不會再向其餘橋設備發出配置BPDU報文。當非根橋沒有收到根橋發出的配置BPDU報文後，會等待一個最大老化時間（默認時間20秒）。當到達最大老化時間後，非根橋會認爲根橋網絡不可達（根橋故障），使本來阻塞的端口會由阻塞狀態（阻塞狀態只接收對端發送的配置BPDU報文，不能發送BPDU；不能參與數據的轉發）變爲監聽狀態（監聽狀態是選舉根與各個端口類型的狀態，此時依舊不能參與數據的轉發），此變化過程須要15秒的時間。以後，端口狀態由監聽狀態變爲學習狀態（此過程須要15s的時間）。處於學習狀態的端口能夠學習接收到的數據中的MAC地址，此時依舊不能轉發數據。再次通過15秒後，端口狀態由學習狀態變化爲轉發狀態，此時，端口恢復數據的轉發。

　　從上面能夠看出：在STP中，當根橋出現故障時，會自動從新選舉新的根橋與各個端口（根端口、指定端口、阻塞端口）。通過（20秒+15秒*2=50秒）的時間纔會恢復數據的轉發。

二、直連鏈路發送故障

　　

 　　當上圖的鏈路發生故障時，因爲另一條鏈路仍然能夠收到根橋發出的配置BPDU報文，全部LSW2會馬上知道鏈路發生問題。本來的阻塞端口會變成監聽狀態，在變爲學習狀態，最後變爲轉發狀態，整個過程會用2*15秒=30秒的時間。

　　從上面能夠看出：在STP中，當直連鏈路發生故障時，須要通過30秒的時間纔會恢復網絡數據的轉發。

三、非直連鏈路發生故障

　　

　　當上圖鏈路發生故障時，LSW2會感知到鏈路發生故障，會以本身爲根橋給LSW3發送配置BPDU報文。當LSW3收到LSW2的配置BPDU報文後，與收到根橋（LSW1）的配置BPDU報文進行對比，對比發現LSW2發送的配置BPDU報文不是最優的，便不理會。當LSW3通過一個最大老化時間（默認20秒）後，LSW3上的阻塞端口因爲收不到來自根橋的配置BPDU，便由阻塞狀態轉換爲轉發狀態，將根橋的配置BPDU報文發送給LSW2。當LSW2收到根橋的配置BPDU報文後，與本身的配置BPDU報文進行對比。發現不是最優配置BPDU報文，而後進行端口收斂。整個過程會持續（20秒+2*15秒=50秒）的時間。

　　從上面能夠看出：在STP中，當非直連鏈路發生故障時，須要通過50秒的時間纔會恢復數據的轉發。

3、TCN TC TCA 與MAC地址表

　　MAC地址表的默認老化時間爲300秒，當網絡拓撲發生變化，橋設備的端口可能發生變化，相應的MAC地址表可能會發生錯誤（MAC地址表中記錄MAC地址與端口對應錯誤）。

　　當網絡拓撲發生變化時，出現變化或者發現鏈路發生故障的橋設備會向外發送TCN BPDU報文，而接受到TCN BPDU的設備會向TCN BPDU報文的發送端發送TCA BPDU報文進行應答，而且會向外繼續發送TCN BPDU報文。當根橋接收到TCN BPDU報文後，會向外發送TC BPDU報文，以告知全部的橋設備網絡拓撲發生改變。接收到TC BPDU報文的橋設備，MAC地址表的老化時間由300秒（默認）自動修改成15秒（華爲設備爲5秒，沒試驗，不肯定）。

4、BPDU擴展