STP生成树协议

问题

为了提升网络的可用性，须要进行冗余和备份。可是冗余路径会产生环路

环路会致使如下问题

• 广播风暴：因为交换机会对广播、多播、和未知目标MAC的单播包进行泛洪，在存在环路的状况下，很短的时间内就会产生风暴

• 多帧拷贝、MAC地址表不稳定：当交换机刚刚启动时，MAC地址表是空的，因此，全部的单播帧都会进行泛洪操做。可是若是存在环路的话，交换机在特定状况下，会从不一样的接口收到相同的MAC地址，这样的话，MAC地址表将不稳定

STP（spanning tree protocal，IEEE802.1D）就是经过软件防止环路的产生，经过逻辑的禁用接口，使得环路在逻辑上不存在；当线路出现故障时，将禁用的接口启用，使得网络可以发挥物理冗余路径带来的高可用性

STP协议的工做原理

STP协议的原则以下：

1. 每一个广播域中只有一个根网桥，根网桥的接口都是指定接口
2. 每个非根网桥上都有一个根接口，根接口就是到达根网桥最近（带宽最高，开销最小）的接口
3. 每一个网段中只有一个指定接口（发送方的桥ID较小的，或者端口优先级较小，或者端口ID较小的）
4. 非指定接口不使用

假如上图的Switch X是根网桥，那么它的两个接口都是指定接口；Switch Y是非根网桥，因为100BASE的带宽更高，因此Switch Y上面的接口是根接口；上下两个segement中，s1和s2都已经有指定接口了，因此Switch Y下面的接口既不是根接口，也不是指定接口，那么将其阻断。

上述的过程是交换机经过STP协议和交换BPDU（Bridge Protocol Data Unit）桥接协议数据单元，自动协商获得的。BPDU每2秒钟发送一次。

BPDU的数据结构

Root ID（8Bytes）：根网桥ID，每一个交换机经过桥ID进行标识，桥ID由桥优先级+MAC地址组成（64个字节）。桥优先级的默认值为32768，最大值为65535。桥ID最小的为根网桥

Cost of path（4Bytes）：接口的Cost值，端口速率对应的开销值以下：

Bridge ID（8Bytes）：本网桥（交换机）的桥ID

Port ID（2Bytes）：端口编号

Hellotime（2Bytes）：BPDU间隔发送时间，默认为2秒

Max age：详见下面

Forward delay：详见下面

上述四个字段，在交换机交换BPDU的过程当中就可以协商出结果。

在STP协议故障转移过程当中，交换机接口状态有以下四个状态

当某个指定接口出现故障时，须要将原先的非指定接口转为指定接口。如何检测故障呢？

一种状况是，直接端口故障，交换机可以当即得知这样的故障，则将Blocking的非指定接口当即切换到Listening状态

另外一种状况是，线路故障，交换机没法直接检测到，此时经过BPDU检测。正常状况下两台交换机之间会每两秒钟收到对方的BPDU，若是在Max age时间后，仍然没法收到BPDU的话，须要进行重选举，将原先Blocking的非指定接口，切换到Listening状态。

Listening状态持续Forward Delay时间，这段时间后，选举完成。以后进入Learning状态，交换机在该端口上进行学习MAC地址，可是不转发数据，以防止对未知单播帧的广播，这个时间持续Forward Delay时间；最后进入正常的Forwarding状态

通常状况下根据超时时间的设置，最长有可能须要通过30-50秒，STP协议才能从新选举完成

总结：

• Blocking：非指定接口的状态，即不转发数据也不学习MAC地址
• Forwarding：指定接口或根接口，转发数据和学习MAC地址
• Listening：进入重选举的状态
• Learning：重选举完成后，进入MAC地址学习，但不转发数据

下面是一个例子

1. SWR的网桥优先级最小，因此SWR为根网桥，其接口为指定接口
2. SWA、SWD的上面的两个接口到SWR的开销最小（都是19），因此都是根接口；同理，能够获得SWB和SWC的根接口
3. SWA和SWD下面的端口都是其各自segement的指定接口（每一个segment有且只有一个指定接口）
4. SWB和SWC组成的segement尚未指定接口，此时因为SWB的桥优先级较小，因此SWB侧的接口为指定接口，而SWC侧的接口即为非指定接口，进入Blocking状态

PortFast

若是终端设备直接链接在交换机上，也须要等待30秒的话，会出现问题，好比DHCP超时。因此，能够配置交换机的接口为PortFast模式，PortFast的接口不会介入STP选举的过程，不须要等待30秒的选举过程。可是不能用在Trunck接口上，由于若是用在Trunck接口上启用PortFast，交换机之间没法进行STP选举，极易产生环路。因此PortFast通常只用在直连终端的“接入接口”。

 

http://www.pchou.info/network/hardware/2013/12/19/52b293e0c4123.html