【知识点】Spanning-Tree Protocols

Kyon

一个交换机就是一个透明网桥，它对用户终端是透明的，它转发帧和广播，以及学习终端的MAC 地址

交换机实际使用的三种交换技术：

存储转发(Store-and-forward) – 接收到整个数据帧并效验后转发

立即转发(Cut-through) – 接收到目的MAC 地址就开始转发

无碎片(FragmentFree) – 接收到数据帧的前64 位，只要不是碎片就转发

如果一台交换机收到一个单播帧，如果这个帧的目的地址未知，则该交换机广播这个帧

为了二层交换网络的稳定，通常采用冗余，而冗余会产生桥接环路（广播风暴），STP（生成树协议）就是用来发现和消除环路，它用标准的802.1D 协议，阻碍冗余链路

Bridge-ID

网桥ID 共8 个字节，有两部分组成：

1. 2 个字节的优先级域：优先级低的为根桥，缺省优先级为32768，即0x8000。缺省地，所有Cisco 交换机地优先级是相同的。

2. 6 个字节MAC 地址域：即交换机或网桥的MAC 地址。所以缺省情况下，具有最低MAC 地址的交换机将成为根桥。全局下用spanning-tree vlan 200 priority 23423 修改该交换机对一个特定VLAN 的优先级

选择根桥（Root Bridge）

1. 自动选择：STP 自动选择具有最低BID 的交换机为根桥。

2. 手工确定：原则是靠近网络的中心。所以一般根桥设在一台分布层的交换机而不是接入层交换机。建议手工设置来确定根桥。//手工修改priority

确定到根桥的最佳路径

STP 协议利用BPDU 中三个Field――路径开销、网桥ID、端口优先级/端口ID 来确定到根桥的最佳路径顺序：

1. 路径开销：所有端口开销的综合为路径开销，路径开销低的端口为转发端口。

2. 网桥ID：同一个交换机上有两条链路达到根桥（如平行链路），那么最佳路径就由下面的端口优先级或端口ID 决定了。

3. 端口优先级/端口ID：端口优先级范围0～63，缺省值32，具有低优先级的端口将转发数据。如果端口优先级相同，端口ID 则是决定因素，低端口ID 将转发数据。

网桥优先级 STP要求每个网桥分配一个唯一的标识（BID.Bridge ID），BID通常由优先级（2bytes）和网桥MAC地址（6bytes）构成。根据IEEE802.1d规定，优先级值为0－65535，缺省的优先级为32768（0x8000）。

BID的比较方式如下，假设（s,t）和(u,v)分别为两个BID，数对中的第一个值为优先级，第二个值为MAC地址，则比较规则如下 If s < u then ( s,t ) < ( u,v ) If ( s = u )&&( t < v ) then ( s,t ) < ( u,v ) BID值越小的网桥，其优先级越高

BPDU：Bridge Protocol Data Unit

生成树协议用BPDU (Bridge Protocol Data Units)进行信息的传递，它是一个二层的帧，用组播帧发送配置信息，选举根交换机，查找环路存在的位置

BPDU 有2 种类型

Configuration-BPDU 配置BPDU，包括STP 参数

TCN-BPDU 拓扑变更通告BPDU

BPDU 有三个计时器用来避免整个网络BPDU 信息不同步而发生环路

Hello Time (默认2s) – 多少时间发送一次

Max Age (默认20s) – 当交换机收到一个BPDU 后，多长时间内有效

Forward Delay (默认15s) – 端口状态改变后，在监听和学习状态下分别停留的时间

当网络稳定下来后，所有BPDU 计时器都是从根交换机学来的，整个网络计时器一致

全局下用spanning-tree vlan 2 hello-time/forward-time/max-age 改变特定VLAN 中STP 计时器

BPDU 的偏移指BPDU 应该收到的时间和实际收到的时间不一致，这时交换机会产生日志消息，如果很多BPDU 都偏移，那么日志消息也会很多，会消耗CPU 和内存

如果一个稳定的网络加入一台交换机，该交换机的优先级很小，那么新加入的交换机就会抢掉根交换机的位置，那么在连接新加入的交换机的交换机端口上用spanning-tree guard root 保护原有的根交换机，把这个端口自动阻塞，用show spanning-tree inconsistentports 查看因为根保护而被阻塞的端口

STP 默认的路径代价：10Mbps >> 100; 100Mbps >> 19; 1Gbps >> 4; 10Gbps >> 2

STP 用目标交换机到根交换机的所有经过链路代价之和

端口下用spanning-tree cost 20 改变

STP 的决策：

1，先选出根交换机

2，其他交换机计算到达根交换机路径最短的端口是根端口，如果最短路经不止一条，就用端口编号小的(例：F0/1> F0/2)

3，每一个网段有且只有一个指定端口，即离根交换机路径最小的端口，如果多个端口路径一样，则用BID 最小的换机上的端口

4，其他既不是根端口也不是指定端口的端口阻塞

STP 端口状态：

Disable – 被关闭的端口

Blocking – 初始状态或是被STP 阻塞状态，该状态停留Max Age，始终只能收到BPDU，如果Max Age 都没有收到BPDU，

就转到Listening 状态

Listening – 收发BPDU，以确信在传输数据帧时网络无环路，停留Forward Delay

Learning – 收发BPDU，学习MAC 地址，但不转发数据帧，停留Forward Delay

Forwarding – 除非不存在环路，并且确定它是到达根交换机的最佳路径，不然永远不会进入该状态

Luce