1. Spanning Tree Protocol（生成树协议 802.1D）特征
- 在冗余链路上解决二层环路，实现链路备份（当活动链路故障时激活阻塞链路，恢复网络连通性）
- 让某些接口处于逻辑拥塞状态（不能转发数据），避免［环路风险］
- 广播风暴（收到广播包或未知单播，会进行泛洪）
- MAC 地址表震荡/飘逸
- 重复帧拷贝
- STP 依靠时间进行计算
- STP 有两种报文
- BPDU：配置BPDU报文
- TCN：拓扑改变通知
- 华为 STP 借鉴了 RSTP ，有备份端口角色
- 在华为设备上，因为借鉴了 RSTP 的机制，所以存在一个 BP、EP 接口
2. Port Role 和选举原则
1）概述
- 通过 BPDU（桥协议数据单元）完成生成树的计算
- 整个交换网络只有一个根桥
- 每个非根交换机选举一个根端口，设备级（转发状态）
- 每个链路上选举一个指定端口，链路级（转发状态）
-
2）计算度量依据
Root ID（根桥ID）：是根桥设备 ID，由协议优先级 + 扩展系统 ID（VLAN 号，华为系统 ID 为 0）+ 背板 MAC 组成［优先级默认 32768 ，以 4096 为步长递增，0 最优］
- Bridge ID（桥ID）：是转发 BPDU 报文的设备 ID
- Port ID（端口ID）：由端口优先级 + 接口序号组成［端口优先级默认 128 ，以 16 为步长递增，0 最优］
RPC（根路径开销）：到达根桥的链路 Cost ，累加入 自己接口的Cost值［Cost 数值的大小由 RFC 决定］
3）根桥（Root）
整个交换网络只有一个根桥
设备启动时每台设备都认为自己是根桥，向外发送自身的 BPDU。计算后（网络收敛），只有根桥向外发送 BPDU，其他设备对此 BPDU 进行转发
选举原则
非根设备只有一个唯一的根端口（离根桥最近的接口），用于接收根桥发来的 BPDU
- 选举原则
- RPC ，到根桥的开销
- 发送端的 BID 小的优选
- 发送端的 PID 小的优选
- 接收端的 PID 小的优选
控制根端口选举
根桥一般情况下所有接口都是指定端口（但不一定都为 DP），用于转发根桥的 BPDU
- 一般情况下 RP 的对端就是 DP
- DP 端口也有情况会是 Disabled 状态
- 下行设备是个傻瓜交换机（没有 STP），傻瓜交换机自环，会导致上联设备 DP 端口收到自己转发的 BPDU，导致成为 Disabled 状态
- 配置了 BPDU 保护，也会成为Disabled状态
选举原则
-
3. 端口状态变迁（STP 状态机）
1）时间戳
- Hello Time：BPDU 的发送间隔，「2s」发送一次（由根桥发送）。用于设备检测链路是否存在故障
- Max Age：最大生存时间「20s」
- 报文中 Message Age ≤ Max Age，则该非根桥设备继续转发配置 BPDU 报文
- 报文中 Message Age ＞ Max Age，则该配置 BPDU 报文将被老化，非根桥设备直接丢弃该配置 BPDU
-
2）端口状态
Disabled（禁用状态）：不接收、不转发数据帧；不学习MAC地址；不接收BPDU
- Blocking（Discarding、阻塞状态）：不接收、不转发数据帧；不学习MAC地址；接收但不转发BPDU
- Listening（侦听状态）：不接收、不转发数据帧；不学习MAC地址；接收并转发BPDU（选举端口角色）
- Learning（学习状态）：不接收、不转发数据帧；学习MAC地址；接收并转发BPDU（因为 CAM 表中是空的，如果直接转发会导致全是泛洪报文）
Forwarding（转发状态）：接收、转发数据帧；学习MAC地址；接收并转发BPDU
3）状态变迁
华为缺省情况处于 MSTP 模式，当从 MSTP 模式切换到 STP 模式，运行 STP 协议的设备端口支持的端口状态仍然保持和 MSTP 支持的端口状态一致，支持的状态仅包括 Forwarding、Learning 和 Discarding
在 STP 中：
- Protocol Identifier、 Protocol Version Identifier、 BPDU Type、 Flags 四部分设置为全 0
- Root Identifier、Root Path Cost、Bridge Identifier、Port Identifier 四部分用于检测最优的配置 BPDU，进行生成树计算
STP Message 格式解析
- Protocol Identifier：协议标识
- Protocol Version Identifier：协议版本标识
- STP = 0
- RSTP = 2
- MSTP = 3
- BPDU Type：BPDU 类型
- 0x00 = STP 的 Configuration BPDU
- 0x80 = STP 的 TCN BPDU（Topology Change Notification BPDU）
- 0x02 = RST BPDU（Rapid Spanning-Tree BPDU）或者 MST BPDU（Multiple Spanning-Tree BPDU）
- Flags：标志位。在 STP 中，只用到了 0位和 7位
- 0位（最低位）= TC（拓扑变更）
- 7位（最高位）= TCA（拓扑变更收到确认）
- Root Identifier：网桥 ID。发送此配置 BPDU 的交换机所认为的根交换机的标识
- Root Path Cost：根路径开销。到达根桥的最短路径开销
- Bridge Identifier：发送者的 BID。转发该 BPDU 报文的桥 ID
- Port Identifier：发送者端口的 PID。转发该 BPDU 报文的端口 ID
- Message Age（消息年龄）：每经过一个设备会增加 1
- Max Age（最大消息年龄、老化时间）：默认为 20s。如果 Message Age 到达 Max Age，则此配置 BPDU 被认为已经过期
- RP 没有收到 Root 发来的 BPDU，需要等待 20s 才会进行端口状态切换
- Hello Time：默认为 2秒，在指定端口上，配置 BPDU 每隔两秒发送一次
-
1）配置 BPDU（桥协议数据单元）
配置 BPDU 只用于计算生成树，不用于传递拓扑改变信息
- 上游设备向下游设备发送 BPDU 报文
- 使用标准 LLC 格式封装在以太网数据帧中
- 通过组播目的 MAC 地址传递「0180-C200-0000」：标识所有的交换机，只在本地链路有效
LLC Header 中源目地访问服务点都为［01000010］，Control 值为［3］
2）TCN
只要交换机的端口有动作（Up/Down）就会触发 TCN 报文
- TCN BPDU 报文主要用来向上游设备乃至根桥通知拓扑变化
- 下游交换机只有向上游交换机发送 TCN 报文，上游交换机才会向下游交换机发送 TCN BPDU 报文（只有 Root 交换机才有资格发送 TC 变更的 BPDU 报文）
- 拓扑变更通知 BPDU（Topology Change Notification BPDU）
- 用于非根交换机在根端口上向上游交换机通告拓扑改变信息，并且每隔 Hello Time 2 秒发送一次，直到收到上游交换机的拓扑变更确认配置 BPDU 或者拓扑变更配置 BPDU
- 拓扑改变确认配置 BPDU（Topology Change Acknowledgment Configuration BPDU）
- BPDU 中 TCA=1 主要是上游设备用来告知下游设备已经知道拓扑变化，通知下游设备停止发送 TCN BPDU 报文
- 配置 BPDU 的一种，比普通配置 BPDU 多设置了一个 Flags 位（TCA = 1）。用于非根交换机在接收到拓扑改变通知 BPDU 后，在指定接口上向下游交换机发送拓扑改变通知的确认信息
- 拓扑改变配置BPDU （Topology Change Configuration BPDU）
- 主要是上游设备用来告知下游设备拓扑发生变化，请下游设备直接删除桥 MAC 地址表项，从而达到快速收敛的目的
- 该配置 BPDU 设置了另外一个 Flag 位（TC = 1）。用于根交换机向整网泛洪拓扑改变信息，所有交换机都在自己所有的指定端口上泛洪该 BPDU
- 在网络拓扑发生变化后，下游设备会不间断地向上游设备发送 TCN BPDU 报文
- 上游设备收到下游设备发来的 TCN BPDU 报文后，只有指定端口处理 TCN BPDU 报文。其它端口也有可能收到 TCN BPDU 报文，但不会处理
- 上游设备会把配置 BPDU 报文中的 Flags TCA =1，然后发送给下游设备，告知下游设备停止发送 TCN BPDU 报文
- 上游设备复制一份 TCN BPDU 报文，向根桥方向发送
- 根桥把配置 BPDU 报文中的 Flags TC = 1 和 TCA = 1 后每隔 2s 发送，通知下游设备直接删除（将 MAC 地址老化时间设置为 15s）桥 MAC 地址表项（快速收敛）。后续的 BPDU 报文只有 TC = 1，连续发送 Max Age + Forwarding 时间的 BPDU 报文
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