爱情就像 STP 生成树协议，哪怕有再多的干扰和潜在分歧，我们也能找到最优路径，让爱稳稳流动，不会陷入迷茫的循环——基于华为ENSP的STP生成树协议深入浅出（1）

本篇技术博文摘要 🌟

• 本文介绍了生成树协议（STP）的基本概念与工作原理，包括STP在防止广播风暴、MAC地址表翻摆和重复数据帧中的作用。
• 文章详细阐述了STP中的关键概念，如桥ID、根网桥、开销、根路径开销等，并解释了BPDU（桥协议数据单元）的作用及其报文格式，包含协议版本、BPDU类型、拓扑变更标记等字段。
• 还介绍了TCN BPDU在拓扑变化中的作用，以及STP角色选举过程中的不同角色（如根网桥、根接口、指定端口等）和接口的选举原则，有助于理解如何在交换网络中优化数据流向并维持网络稳定性。

1.STP----生成树协议

• 目的：解决二层环路问题

image-20240528183829573

广播风暴

• -广播帧在二层环路中形成逆时针和顺时针转动环路，并且无限循环，最终造成设备宕机，网络瘫痪。

MAC地址表的翻摆（漂移）

• 同一个数据帧，顺时针接收后记录MAC地址信息，之后，逆时针再记录一遍，如此循环，导致MAC地址表内容一直在变化

多重复数据帧

​

补充之：802.1D生成树

• 802.1D---标准的STP协议
• 802.1W---快速生成树---RSTP
• 802.1S---多生成树协议---MSTP
• PVST--思科
• VBST--华为

2. STP基本概念

桥ID---BID

• 每一台运行了STP协议的交换机都拥有一个唯一的桥ID。
• 桥ID===16bit的桥优先级+48bit的桥MAC地址
• 默认值=32768，修改时必须为4096的倍数

根网桥--根桥

• 根网桥指的就是STP树的树根节点

image-20230414143208956

• 在交换网络中，STP协议开始工作后，第一件事就是在网络中选举出一台设备作为根网桥，根网桥有且只有一个。
• 所有的数据流量再流通的过程中，都会经过根网桥设备。

开销（Cost）和根路径开销（RPC）

image-20230414145904140

• 每一个激活了STP的接口都维护着一个Cost值，接口的Cost主要用于计算RPC。
• 默认情况下，交换机使用IEEE 802.1t标准计算接口开销值。需要保证交换网络中所有设备的STP开销值算法一致

接口ID---PID

• 用来标定同一个设备上不同接口的
• 16bitPID===4bit接口优先级+12bit接口编号。
• 接口优先级默认值=128，修改时必须为16的倍数

3.STP报文---BPDU

什么是BPDU

• BPDU：网桥协议数据单元
• 配置BPDU----协商参数，保活
• TCN BPDU----拓扑变更通知BPDU
• 数据帧的目的MAC地址是组播MAC地址：0180-c200-0000

配置BPDU

• 在交换网络的初始化过程中，每一台交换机都会从自己身上激活了STP协议的接口向外发送配置BPDU
• 当STP协议收敛完成，只有==根网桥==才会周期性（2s）发送配置BPDU；其他非根网桥只有在收到了根网桥发送的BPDU后，才可以发送自己的BPDU

配置BPDU报文格式如图所示：

image-20221019174257022

配置BPDU报文格式字段信息补充：

PVI---协议版本信息：

• STP=0
• RSTP=2
• MSTP=3

BPDU Type---BPDU类型

• 0x00--配置BPDU
• 0x80--TCN BPUD
• 0x02--RSTP或MSTP的BPDU

标记

• 最高位置为1，则代表TCA，拓扑变更确认标记
• 最低位置为1，则代表TC，拓扑变更标记

消息寿命

• 代表该BPDU从发出到现在所经过的设备数量，单位为设备数量
• 初始值=0，每经过一台交换机，数值+1
• 存在一个Max Hop参数---最大消息寿命，默认20

最大寿命----最大生存时间

• 缺省值20S，当超过该时间还没有从接口收到BPDU报文，认为该接口所在链路或根网桥故障

4.TCN BPDU

TCN BPDU 作用：

image-20230414165037109

• 在网络拓扑发生变化时，向根网桥通知变化的发生

拓扑改变导致MAC地址表变化的通信过程

1. 本地交换链路发生故障后，STP协议会重新收敛--收敛时间比较长，就会导致在这段时间内，数据通讯发生障碍。为了加快全网交换机的MAC地址表刷新，故障交换机会向本地所有接口发送TCN BPDU报文
2. 邻居收到TCN报文后，回复一个TCA标记位置为1的配置BPDU报文，用于保障数据通讯可靠性
3. 这个过程会一直持续到根网桥收到TCN报文
4. 根网桥收到TCN报文后，会将自己的MAC地址表的老化时间从300S修改为15S，并向所有接口发送TC标记位置为1的配置BPDU
5. 设备收到TC标记位的BPDU，会将本地MAC地址表中所有表项的老化时间临时性修改为15S

​

5.STP角色选举

角色及接口介绍：

根网桥--RB

• 选举范围：整个交换网络
• 选举方法：选举具备最小BID数值的设备。
• 默认情况下，所有设备的桥优先级都=32768,因此根据桥优先级对比不出根网桥，通过对比最小MAC地址来确定根网桥的位置。----通过配置BPDU
• 根网桥的地址是可抢占的。---一般情况下，会将根网桥的桥优先级设定为0，来保障根网桥的角色不会被抢占，从而引发STP协议的重新收敛，导致数据不通。

根接口---RP

• 根接口是每一个非根网桥设备上==所有接口中收到最优BPDU的接口==----每一个非根网桥在STP树上“朝上”的接口，距离根网桥最近的接口。
• 选举范围：每一个非根网桥，只会选举一个接口作为根接口

最优BPDU比较原则

1. 选择具有最小根桥ID的BPDU：实际上是在全网中选举出根网桥
2. 比较入向配置BPDU的RPC数值，选择最小的接口作为根端口。
3. 比较对端设备的BID，选择BID小的设备所对应的接口作为根端口
4. 对比对端的PID，PID小的端口所对应的端口为根端口
5. 对比本地的PID，PID小的端口称为根端口​

指定端口--DP

对于根网桥

• 选举范围：在每条链路（网段）中选举一个指定端口。
• 该端口是该链路上到达根网桥的最优接口。——距离根网桥最近
• 负责向该网段（链路）发送BPDU报文。

对于非根网桥

• DP是指所有接口中收到最优BPDU的接口将成为该设备的根接口。
• 然后设备根据收到的最优BPDU，来为设备上的其他接口各自计算一个BPDU报文，并且将其保存在接口中。
• 然后使用计算出的BPDU报文与接口上收到的BPDU报文进行对比。
  • 如果自己的更优，则本接口为这个链路上的指定端口。
  • 如果对方更优，则本接口会成为这个链路上的非指定端口。
• 最优BPDU比较内容
  • RPC
  • BID
  • PID
• 一般而言，根网桥的所有接口都是指定接口；存在根端口的链路上，对端必然是指定端口

非指定接口-NDP

• 经过STP计算后，交换机上某些接口既不是根端口，也不是指定端口，则称为非指定端口。而STP协议会在逻辑上阻塞非指定端口，从而打破二层环路。

被阻塞的端口-Blockport

• 既不会发送和接收业务数据，也不会发送BPDU报文，但是可以接收BPDU报文