STP生成树

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By铁血、诺言

 

谈到生成树我总感觉自己不太熟，说起理论吧，我又感觉我没哪不太明白的，心里总是像有道坎似的，想写又总是犹豫的感觉，可能是实践少了，明天我打算写篇关于园区网络架构的文章，让自己跨过这个坎。

 

STP原理

交换机间有多条链路---->导致网络环路等故障----->生成树逻辑打破环路------>即解决环路又解决冗余性。

 

STP将交换网络中两点之间的多余链路置于Blocking状态，只留一条活动链路，当活动链路失效，立即启用Blocking链路，以此提供冗余性。

 

STP怎么确定两点间存在多条路径？方法就是发个数据包作为测试就能得到答案。比如一台交换机标记发出一个测试包，另外一台交换机从多个接口都收到，说明存在多条链路，需要STP进行计算断开多余链路。

 

STP发出的这个测试包测试网络是否有多条链路，是依靠Bridge Protocol DataUnits（BPDU）实现的，同台交换机发出的BPDU都做上了相同的标记，只要交换机从多个口收到相同的BPDU说明存在冗余链路，需要STP计算断开多余链路。

 

BPDU包中包含：根交换机Bridge ID ，发送者BID，到根的开销Path Cost，发送者接口和优先级。

BID=（优先级+MAC） 优先级默认32768   

STP协议中，优先级越小越优。

 

STP计算依据BPDU给出的参数，选举出根交换机（Root），根端口（Root port），指定端口（Designatedport），剩余端口被block掉。

 

选举原则不再详述

1.最小的BID

2.到达根最小的开销

3.发送者的BID

4.发送者的Port ID

 

交换机启动的端口状态

1.Initialization到blocking   收BPDU但不发送BPDU，不学习MAC

2.blocking到listening        收BPDU发BPDU，决定端口角色，不学习MAC

3.listening到learning        收BPDU发BPDU，（RP收BPDU但不发，DP口发），学习MAC

4.learning到forwarding       正常转发数据，(RP收BPDU但不发，DP口发），学习MAC

listening和learning状态分别有一个forward delay时间15s 。

从上面感受到了什么，RP就是通向根的唯一路径，DP只是向下转发BPDU，向下转发流量，但是不可能从DP到达根交换机，那么逻辑上交换机之间环路被打破了，数据帧在转发时就不可能形成环路了，想想很多交换机连成一个圈，中间有个链路被逻辑block了，那么环路就消失了。

 

BPDU 

Configuration BPDU 只有从根交换机发出，hello间隔2s，max-age时间20s  。

TCN BPDU如果拓扑发生变化，普通交换机从根端口发出TCN消息，一跳一跳传到根，再由根向下通告。同时MAC地址表的老化时间也由300秒自动更改为forwarddelay 15秒时间。

 

 

STP分类

IEEE                                 CISCO

802.1D STP（CST）                 PVST/PVST+

802.1W RSTP                       R-PVST     

802.1S MSTP                       MIST     

 

下面详细介绍这几个协议

CST  

  无论多少vlan，交换机只进行一次STP计算，所有流量走相同路径。

 

RSTP 

  CST端口状态blocking，listening，disabled都不发送数据，RSTP将这三个状态归为一个状态，discarding状态。RSTP端口状态有discarding，learning，forwarding。

 

 运行CST时，如果根交换机失效了，那么等待10个hello时间，也就是20秒收不到根交换机BPDU才能发现，再将block的端口转换为forwarding状态，还需要经过两个forwarddelay时间共计30秒，所以CST在网络出现故障好时，要经过50秒才能启用block端口，而RSTP则需要在3个hello时间，即6秒收不到根交换机BPDU，便认为根交换机失去连接，立刻启用discarding状态接口，RSTP在根交换机失效后，并不会进行完整的STP计算，会在该启用备用端口时立即启用，因此网络收敛速度快，RSTP会在低于1秒的时间内恢复网络。

 

PVST+

思科私有协议，之前的PVST只支持ISL的trunk，pvst+扩展PVST支持IEEE 802.1Q协议。PVST+每个vlan一颗生成树，每个STP算法和CST相同。

 

R-PVST+

顾名思义了，具有RSTP特性的PVST+。

 

MSTP

多实例生成树，CST会将所有流量放在单条路径上传输，PVST+则为每个vlan运行一个STP实例，虽然将不同vlan的流量放在不同路径上传输，但是由于维护太多生成树，需要消耗很多系统资源。MSTP就是他们两者的结合体，他根据不同的路径进行STP计算，也就是说无论有多少VLAN，实际需要多好条不同路径，就维护多少个STP。

 

 

总结了下，写了两个小时，我去。。。

   休息一会继续总结STP的特性，感觉这个我老不熟悉了，再次强化吧。