1、基本知識(shí)--摘至《網(wǎng)絡(luò)之路--交換專題》

(1)生成樹(shù)的作用：在鏈路層消除環(huán)路上可能出現(xiàn)的廣播風(fēng)暴。

(2)生成樹(shù)的工作由三部分組成：選舉過(guò)程、拓?fù)溆?jì)算、端口行為確定。

選舉過(guò)程：在二層網(wǎng)絡(luò)中選舉一個(gè)網(wǎng)橋作為根橋，用于指揮整網(wǎng)設(shè)備協(xié)同工作。根橋只是負(fù)責(zé)統(tǒng)一計(jì)算的規(guī)則。

根橋統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)中所有網(wǎng)橋的行為準(zhǔn)則的原理：通過(guò)在某個(gè)恰當(dāng)位置阻塞端口來(lái)阻止環(huán)路的發(fā)生。從一臺(tái)網(wǎng)橋的角度來(lái)說(shuō)，它通過(guò)這樣的法則進(jìn)行判斷，如果到達(dá)網(wǎng)絡(luò)中的某一網(wǎng)橋只有一條路徑，那么必定不存在環(huán)路；如果到達(dá)某一網(wǎng)橋的路徑有兩條或者多條，那么這兩臺(tái)網(wǎng)橋之間存在環(huán)路，只能保持一條通路。

(3)根橋的選舉方式

根橋是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中所有網(wǎng)橋間相互比較產(chǎn)生的。根橋只能由網(wǎng)絡(luò)中橋ID最小者擔(dān)當(dāng)。一開(kāi)始時(shí)把自己當(dāng)作根橋，根橋ID就是自己的橋ID，然后通過(guò)BPDU和自己的鄰居交換拓?fù)湫畔?#xff0c;如果鄰居的根橋ID小于自己的橋ID，則把鄰居當(dāng)作自己的根橋，然后向其他鄰居通告這個(gè)新的根橋信息，直到網(wǎng)絡(luò)中所有網(wǎng)橋的根橋ID都一樣時(shí)，根橋就被選舉了出來(lái)。

橋ID有8個(gè)字節(jié)，由兩部分組成，分別是2字節(jié)的橋優(yōu)先級(jí)字段和6字節(jié)的橋MAC字段。橋優(yōu)先級(jí)字段可手工設(shè)置，默認(rèn)為0x8000；橋MAC即網(wǎng)橋的物理MAC。

(4)使網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)橋和根橋保持統(tǒng)一的方式

通過(guò)一個(gè)獨(dú)特的消息機(jī)制實(shí)現(xiàn)，當(dāng)根橋被選舉出來(lái)后，根橋會(huì)周期性的向所有鄰居發(fā)送BPDU報(bào)文，這個(gè)周期被稱為Hello Time，默認(rèn)設(shè)置為2s。鄰居收到根橋發(fā)送來(lái)的BPDU時(shí)，會(huì)更新自己的狀態(tài)和定時(shí)器，然后轉(zhuǎn)發(fā)出去。在生成樹(shù)協(xié)議中(STP)只有根橋有主動(dòng)發(fā)送BPDU的權(quán)力。快速生成樹(shù)協(xié)議(RSTP)中所有網(wǎng)橋都會(huì)按照Hello Time的時(shí)間間隔主動(dòng)從指定端口發(fā)送BPDU。

生成樹(shù)協(xié)議中的BPDU報(bào)文有兩種，一個(gè)被稱為配置BPDU(Configuration BPDU)，一種被稱為拓?fù)渥兓ㄖ狟PDU(Topology Change Notification BPDU 或叫 TCN BPDU)

配置BPDU報(bào)文格式如下：

端口ID占2個(gè)字節(jié)，和橋ID類似分為兩個(gè)部分，前8bits為優(yōu)先級(jí)，默認(rèn)值為0x80，可手工修改，后8bits為端口號(hào)，由設(shè)備指定，保證每個(gè)端口都不一樣。

TCN BPDU報(bào)文只有前三個(gè)字段，其中前兩個(gè)字段和配置BPDU一樣，BPDU Type字段的值為0x80。

Root Path Cost(根橋路徑開(kāi)銷)代表了這個(gè)網(wǎng)橋到根橋的距離，對(duì)根橋而言，這個(gè)值被設(shè)置為0。當(dāng)網(wǎng)橋收到一個(gè)BPDU，其中的根橋ID比自己當(dāng)前的根橋ID小時(shí)，這個(gè)網(wǎng)橋會(huì)將BPDU中的Root Paath Cost加上接收到這個(gè)BPDU的端口的Cost值作為自己的Root Path Cost。

Message Age是用來(lái)衡量當(dāng)前網(wǎng)橋所收到的BPDU在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳播時(shí)間的一個(gè)參數(shù)，根橋在構(gòu)造發(fā)送BPDU的時(shí)候，會(huì)將這個(gè)字段設(shè)置為0，但下游網(wǎng)橋在傳遞從根橋發(fā)來(lái)的BPDU時(shí)，會(huì)在BPDU報(bào)文的Message Age字段中把這一跳轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中可能引入的時(shí)延上限加到里面。

Max Age是一個(gè)預(yù)先設(shè)定的值，這個(gè)值可以看作是一個(gè)門限，用來(lái)配合Message Age定時(shí)器。

Message Age和Max Age是生成樹(shù)協(xié)議用于判斷拓?fù)涫欠褡兓闹匾笜?biāo)。網(wǎng)橋在根端口上設(shè)置了一個(gè)定時(shí)器，如果通往根橋的路徑完好，根端口會(huì)定時(shí)收到BPDU，并更新這個(gè)定時(shí)器。如果一直不能收到BPDU，每過(guò)1s定時(shí)器就自動(dòng)加1，但這個(gè)定時(shí)器超過(guò)某一門限(Max Age)之后，網(wǎng)橋會(huì)認(rèn)為原根端口通往根橋的路徑已經(jīng)出現(xiàn)了故障，拓?fù)浒l(fā)生了變化。

(5)連接到一個(gè)LAN的端口的優(yōu)先級(jí)比較

每個(gè)網(wǎng)橋都各自存儲(chǔ)著一套信息，包括當(dāng)前的根橋ID、Root Path Cost和自己的橋ID，每個(gè)端口還存儲(chǔ)著自己的端口ID。

當(dāng)端口收到BPDU后，先判斷根橋ID，如果相同繼續(xù)比較根橋路徑開(kāi)銷，再相同則比較橋ID，如果再相同，則比較端口ID。比較之后，比較失敗的端口停止向LAN中轉(zhuǎn)發(fā)BPDU。這樣比較之后，最終獲勝的端口成為這個(gè)LAN的指定端口。

在同一臺(tái)網(wǎng)橋中，網(wǎng)橋會(huì)從在優(yōu)先級(jí)比較中失敗的端口中選擇一個(gè)開(kāi)銷最小的端口作為自己的根端口，作為網(wǎng)橋通往根橋的唯一出口，其他端口成為Alternate端口進(jìn)入Blocking狀態(tài)，既不接收或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)文，也不轉(zhuǎn)發(fā)BPDU。根端口的選擇方式是依次比較Root Path Cost(要先加上端口自身的cost)、橋ID和端口ID、本身的端口ID。

(6)生成樹(shù)協(xié)議中端口的五種狀態(tài)

分別為：Disable、Blocking、Listening、Learning、Forwarding。當(dāng)端口沒(méi)有連接上或被shutdown時(shí)，處于Disable狀態(tài)，一旦up起來(lái)后就進(jìn)入Blocking狀態(tài)，如果沒(méi)有收到優(yōu)先級(jí)更高的BPDU或本身被網(wǎng)橋選舉為根端口，會(huì)進(jìn)入Listening狀態(tài)，然后等待一個(gè)Forward Delay的時(shí)間，進(jìn)入Learning狀態(tài)，再結(jié)果一個(gè)Forward Delay的時(shí)間，如果端口沒(méi)有因?yàn)樾碌倪x擇過(guò)程而成為Alternate的話，進(jìn)入Forwarding狀態(tài)。

Blocking狀態(tài)下的端口不會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)任何報(bào)文，或者學(xué)習(xí)MAC地址；端口在Listening狀態(tài)時(shí)即不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)文，也不會(huì)根據(jù)監(jiān)聽(tīng)到的數(shù)據(jù)報(bào)文學(xué)習(xí)MAC地址； 在Learning狀態(tài)時(shí)不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)文，但會(huì)學(xué)習(xí)MAC地址；在Forwarding狀態(tài)時(shí)即學(xué)習(xí)MAC，也轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)文。

端口狀態(tài)

目的

說(shuō)明

Forwarding

端口既轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量也處理BPDU報(bào)文

只有根端口或指定端口才能進(jìn)入Forwarding狀態(tài)

Learning

設(shè)備會(huì)根據(jù)收到的用戶流量構(gòu)建MAC地址表，但不轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量

過(guò)渡狀態(tài)

Listening

確認(rèn)端口角色，將選舉根橋、根端口和指定端口

指定端口

Blocking

端口僅僅接收并處理BPDU，不轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量

阻塞端口的最終狀態(tài)

2、實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

下面進(jìn)行簡(jiǎn)單的配置說(shuō)明：

1.將LSW1、LSW2、LSW3、LSW4都設(shè)置為stp模式(默認(rèn)為MSTP)

[Huawei]stp mode stp

2.使用display stp brief 命令查看每個(gè)網(wǎng)橋的端口模式

LSW1：

LSW2：

LSW3：

LSW4：

對(duì)以上幾種接口角色進(jìn)行一下簡(jiǎn)單的說(shuō)明：有4種接口角色：

Root Port(ROOT)：根端口，就是去往根橋路徑開(kāi)銷最小的端口，該端口可以正常轉(zhuǎn)發(fā)流量。

Designated Port(DESI)：指定端口，就是負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)BPDU報(bào)文的端口，根橋上的端口都是指定端口，該端口可以正常轉(zhuǎn)發(fā)流量。

Alternate Port(ALTE)：阻塞端口，就是禁止轉(zhuǎn)發(fā)流量的端口。

Backup Port：暫時(shí)不清楚。

可以看出上面的拓?fù)渲邪袻SW3當(dāng)作了根橋。LWS1的根端口為Eth 0/0/3、LSW2的根端口為Eth 0/0/2、LSW4的根端口為Eth 0/0/2。

在LSW3的Eth 0/0/3端口抓取STP報(bào)文的格式如下：

總結(jié)

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