9、STP协议

一、概述

1、广播风暴

当网路中某一条线路断掉的话，会导致部分网络无法正常使用。

物理环路可以提高线路的可靠性，避免单一线路故障造成的部分网络无法正常使用。

当网络中存在物理环路，会产生广播风暴。

2、STP ——Spanning Tree Protocol (生成树协议)

逻辑上断开环路，防止广播风暴的产生。

当线路出现故障，断开的接口被激活，恢复通信，起备份线路的作用

3、STP的算法

STP将一个环形网络生成无环形拓扑的步骤，STP中所有选择都是比小，小的当选。

选择根网桥(Root Bridge)

网桥是交换机的前身，由于STP是在网桥基础上开发的，因此现在在交换机的网络中仍然沿用网桥这一术语

在网络中的所有交换机中选择一台

选择依据：（1）网桥ID，由网桥优先级和网桥的MAC地址组成。先比较优先级，优先级一样比较MAC地址

根据选择规则，A交换机成为根网桥

选择根网口(Root Ports)

在所有非根网桥中选择一个到根网桥最近的端口作为根端口

选择依据：（1）根路径成本最低。    

（2）直连网桥ID最小的  非自身的网桥ID，是端口直连的交换机的网桥ID  

          （3）端口ID最小

 根路径成本——网桥到根网桥的路径上所有链路的成本之和 

直连网桥ID——非自身的网桥ID，是端口直连的交换机的网桥ID 

端口ID——端口ID包括端口优先级和端口编号。先比较端口优先级，优先级一样的比较端口编号。端口编号（f0/1、f0/2）

根据选择规则选出根网口，红圈选出的为根网口

选择指定端口(Designated Ports)

在每一个网段中选择一个制定端口（每一条网络联系算作一个网段），根网桥上的所有端口都是制定端口。

选择依据：（1）根路径成本

          （2）端口所在的网桥ID

          （3）端口ID

根据选择规则，选出指定端口。五星标出的是指定端口。

阻塞端口

选择剩下的端口就是阻断端口，阻断端口可以是一个可以是多个

经过STP计算，最终的逻辑结构为无环拓扑

二、STP举例

1、拓扑图

2、选择根网桥 

网桥ID中MAC地址最小的当选

3、选择根端口

根路径成本最低的当选

4、选择指定端口

根路径成本最低的当选

网桥ID中MAC地址最小的当选

5、选择阻断端口

剩余端口为阻断端口

6、经过STP计算后的逻辑拓扑

三、 BPDU（桥协议数据单元）

1、定义：

BPDU——Bridge Protocol Data Unit（桥协议数据单元）。交换机之间使用BPDU来交换STP信息，2秒一次。使用组播发送BPDU，组播地址为：01-80-c2-00-00-00。

2、BPDU类型

配置BPDU——用于生成树计算

拓扑变更通告（TCN）BPDU——用于通告网络拓扑的变化

 3、BPDU字段内容

4、STP使用BPDU选择根网桥

交换机启动时，假定自己是根网桥，在向外发送的BPDU中，根网桥ID字段填写自己的网桥ID

每一台交换机在启动时，没有收到其他交换机的BPDU之前，都认为自己是根网桥

B认为自己是根网桥，发送BPDU

A认为自己是根网桥，发送BPDU

B收到A的BPDU，发现A的网桥ID比自己小，认为A是根网桥

当全网所有的交换机接收到全部BPDU并作出比较后，就可以选出唯一的一个的根网桥

跟网桥发送根路径成本为0的BPDU

其他交换机收到根网桥的BPDU后，再根路径成本上添加接收接口的成本路径，然后转发

5、交换机端口的5种STP状态

转发（Forwarding）：收发BPDU，学习MAC地址，收发数据 

学习（Learning）：能收发BPDU， 学习MAC地址，不能收发数据

侦听（Listening）：能收发BPDU，不能收发数据

阻塞（Blocking）：只能接收BPDU的信息，不能收发数据

禁用（Disable）：停止使用（可以理解网交换机没有开机，或者端口是宕的，没有插线），不参与STP的运算

转发和阻塞是一个稳定状态

侦听和学习是一个过程状态

禁用属于非正常状态。

6、生成树计时器

交换机开机需要等待30秒时间开始转发数据

当摸个正在使用的链路断掉，阻塞的端口需要50秒时间开始转发数据