華三交換機生成樹

 

STP

本篇的基本內容：生成樹協議包括最初的STP（Spanning Tree Protocol，生成樹協議），可以快速收斂的RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol，快速生成樹協議），以及適應多VLAN複雜環境的MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol，多生成樹協議）。

         STP介紹：局域網中的物理環境一般有兩種產生緣由，一種是基於可靠性的考慮，爲交換機之間提供冗餘鏈接；另外一種是因爲錯誤的網絡設置致使環路的產生。若是不對網絡拓撲加以管理，以上兩種狀況均會致使嚴重的後果，如廣播風暴和MAC地址學習錯誤等。

         STP在IEEE制定的802.1D標準中定義：用於在局域網中消除數據鏈路層環路。STP能夠經過計算動態地阻斷冗餘鏈路，而當活動鏈路發生故障時，STP又能夠激活冗餘鏈路，恢復網絡的連通，避免網絡中斷。

         STP消除鏈路層環路的基本思想：將網絡拓撲修建爲樹形拓撲，而樹形拓撲是不存在環路的。（注意）

         運行STP設備之間交互一些信息，而後經過計算實現拓撲的收斂，具體內容以下：

（1）      運行STP的設備依據必定的準則選舉一個樹根節點做爲網絡中的根橋，其餘節點爲非樹根節點。

（2）      每個非樹根節點，會選擇最優的路徑和根相連，非樹根節點上位於最優路徑的端口，爲該節點的根端口。

（3）      若是網絡中存在冗餘鏈路，則阻塞冗餘鏈路。

每個非樹根節點都進行一樣的計算，最終網絡中任何兩臺設備之間都只有一條路徑可達，從而造成一顆無環的樹。

當拓撲發生變化時，節點從新進行計算，收斂爲新的樹形拓撲。

STP基本概念

一、  橋和端口的角色

STP中有兩種特殊的網橋：根橋（Root Bridge）和指定橋（Designate Bridge）。根橋是整個生成樹的根節點，由全部網橋中優先級最高的橋擔任。指定橋是負責一個Physical Segment（物理段）上數據轉發任務的橋，由這個Physical Segment上優先級最高的擔任。

網橋上的端口有不一樣的角色，包括根端口（Root port）、指定端口（Designate Port）、和候補端口（Alternate port）。

根端口指定網橋上距離根最近的端口。根橋沒有根端口，每個非根橋有且僅有一個根端口

指定端口指Physical Segment上屬於指定橋的端口。根橋是全部網橋中優先級最高的，它在其所鏈接的全部Physical Segment上都是指定橋，因此一般狀況下根橋的全部端口都是指定端口。

Alternate端口指既不是根端口也不是指定端口的端口，它用來爲根端口或指定端口作備份，從Alternate端口出發到達根橋的路徑，是網橋到達根橋的備用路徑，即最終須要阻塞的路徑。

網絡處於穩定狀態時，根端口和指定端口處於轉發狀態，Alternate端口處於阻塞狀態，阻塞Alternate端口，就消除了網絡中的環路。

         橋ID

         STP中每個網橋都具備一個橋ID（Bridge ID），用於在網絡中惟一標識一個橋。根橋選擇的依據就是橋ID，具備最小橋ID的網橋即爲網絡中的根橋。

         在進行橋ID的比較時，先比較橋優先級，優先級數值小者爲優；在優先級相同的狀況下，在比較MAC地址，MAC地址小者爲優。當網橋沒有哦配置優先級時，使用默認優先級32768，此時，具備最小MAC地址的網橋即爲網絡中的根橋。

         路徑開銷

非根橋須要肯定根端口，根端口的選擇取決於端口到達根橋距離的遠近，網橋上到達根橋距離最近的端口爲根端口。衡量距離遠近依據是路徑開銷（Path Cost）。路徑開銷用戶衡量橋與橋之間路徑的優劣。STP中每條鏈路都具備開銷值，默認的鏈路開銷值取決於所遵循的路徑開銷標準以及鏈路帶寬。路徑開銷等於整個路徑上所有鏈路開銷的和。

         BPDU

         STP使用BPDU（Bridge Protocol Data Unit，橋協議數據單元）來交互協議信息，BPDU分兩類

（1）      配置BPDU（Configuration BPDU）：用來進行生成樹計算和維護生成樹拓撲的報文。

（2）      TCNBPDU（Topology Change Notification BPDU）：當拓撲結果改變時，用來通知相關設備網絡拓撲結構發生變化的報文。

網橋之間經過交互配置BPDU來進行根橋的選舉以及端口角色的肯定。配置BPDU基於二層組播方式發送，目的地址爲01-80-C20-00-00-00。

配置BPDU由根橋從指定端口週期性發出，發送週期爲Hello Time。非根橋從根端口接受配置BPDU，進行更新並從指定端口將其發送出去。網絡中只有根橋會產生配置BPDU，非根橋只對配置BPDU進行中繼，不會自行生成配置BPDU。沒有運行STP協議的網橋將把配置BPDU看成普通數據幀轉發。

網橋上的每一個端口都會保存本端口接收到的最優配置BPDU，端口保存的配置BODU信息老化時間爲Max Age時間內配置BPDU信息沒有獲得更新時，端口將清除保存的配置BPDU信息。

配置BPDU包含目的MAC地址、源MAC地址、幀長、邏輯鏈路頭以及載荷

STP計算過程

STP的計算過程主要包含兩個任務：選舉根橋和肯定端口角色。在實際計算過程當中，這兩個任務是同步計算完成的。

進行STP計算時，網橋將各個端口收到的配置BPDU和本身的配置BPDU做比較，得出優先級最高的配置BPDU；網橋用優先級最高的配置BPDU更新自己的配置BPDU，用於選舉根橋和肯定端口角色；網橋從指定端口發送新的配置BPDU。

比較配置BPDU時依據優先級向量最小者最優的原則。

根橋選舉

在初始狀態時，每個網橋都尚未收到其餘網橋發送的配置BPDU，此時每一個網橋都認爲本身是網絡中的根橋，並將向外發送以本身爲根橋的配置BPDU。同時也會收到對端網橋發送的配置BPDU。每個網橋都將自身認爲的Root Bridge ID 和接收到的配置BPDU中的Root Bridge ID進行比較，選擇Root Bridge ID較小的做爲網絡中的根橋。

肯定端口角色

端口角色的肯定方式分爲根端口肯定、指定端口肯定和Alternate端口肯定的3個工做。

根端口的肯定須要比較RPC。當網橋從一個端口收到配置BPDU後首先獲取其中的RPC，和接收端口的鏈路開銷相加，獲得此端口的RPC，每一個收到配置BPDU的端口都進行一樣的計算，而後比較各端口的RPC，擁有最下RPC值的端口即爲本網橋的根端口。

指定端口的肯定須要比較端口發送的配置BPDU和接收的配置BPDU，若是發送的配置BPDU優於接收到的配置BPDU，代表端口在本Physical Segment上擁有最優的配置BPDU則該端口爲指定端口。

Alternate端口指該端口的配置BPDU在其所屬Physical Segment上不是最優的，且端口不是根端口。

（注意：在華三設備上該協議是默認開啓的因此本篇不附實驗）