STP基本概念和状态机_很详细.docVIP

STP基本概念 基本思想 STP是数据链路层协议。运行该协议的设备通过彼此交互信息发现网络中的环路，并有选择的对某个端口进行阻塞，最终将环形网络结构修剪成无环路的树形网络结构，从而防止报文在环形网络中不断增生和无限循环，避免设备由于重复接收相同的报文造成处理能力下降。 运行STP协议的设备采用配置消息BPDU（Bridge Protocol Data Unit，桥协议数据单元）交互信息，一般简称为BPDU。BPDU分为两大类： 配置BPDU（Configuration BPDU）：用来进行生成树计算和维护生成树拓扑的报文。 TCN BPDU（Topology Change Notification BPDU）：当拓扑结构发生变化时，下游设备用来通知上游设备网络拓扑结构发生变化的报文。 说明： 配置BPDU中包含了足够的信息保证设备完成生成树计算，其中包含重要信息如下： 根桥ID：由根桥的优先级和MAC地址组成，每个STP网络中有且仅有一个根。 根路径开销：到根桥的最短路径开销。 指定桥ID：由指定桥的优先级和MAC地址组成。 指定端口ID：由指定端口的优先级和端口名称组成。 Message Age：配置BPDU在网络中传播的生存期。 Max Age：配置BPDU在设备中能够保存的最大生存期。 Hello Time：配置BPDU发送的周期。 Forward Delay：端口状态迁移的延时。 一个根桥 树形的网络结构必须有树根，于是STP引入了根桥（Root Bridge）概念。 对于一个STP网络，根桥在全网中只有一个，它是整个网络的逻辑中心，但不一定是物理中心。根桥会根据网络拓扑的变化而动态变化。 网络收敛后，根桥会按照一定的时间间隔产生并向外发送配置BPDU，其他设备仅对该报文进行转发，传达拓扑变化记录，从而保证拓扑的稳定。 两种度量 生成树的生成计算有两大基本度量依据：ID和路径开销。 ID ID又分为：BID（Bridge ID）和PID（Port ID）。 BID：桥ID IEEE 802.1D标准中规定BID是由16位的桥优先级（Bridge Priority）与桥MAC地址构成。BID桥优先级占据高16位，其余的低48位是MAC地址。 在STP网络中，桥ID最小的设备会被选举为根桥。 PID：端口ID PID由两部分构成的，高4位是端口优先级，低12位是端口号。 PID只在某些情况下对选择指定端口有作用。 说明： 端口优先级可以影响端口在指定生成树实例上的角色，详细介绍请见STP拓扑计算。 路径开销 路径开销（Path Cost）是一个端口量，是STP协议用于选择链路的参考值。STP协议通过计算路径开销，选择较为“强壮”的链路，阻塞多余的链路，将网络修剪成无环路的树形网络结构。 在一个STP网络中，某端口到根桥累计的路径开销就是所经过的各个桥上的各端口的路径开销累加而成，这个值叫做根路径开销（Root Path Cost）。 说明： 对于聚合链路，链路速率是聚合组中所有状态为Up的成员口的速率之和。 三要素选举 从环形网络拓扑结构到树形结构，总体来说有三个要素：根桥、根端口和指定端口。以下结合图1介绍三要素。 图1 STP网络结构  根桥RB（Root Bridge） 根桥就是网桥ID最小的桥，通过交互配置BPDU协议报文选出最小的BID。 根端口RP（Root Port） 所谓根端口就是去往根桥路径开销最小的端口，根端口负责向根桥方向转发数据，这个端口的选择标准是依据根路径开销判定。在一台设备上所有使能STP的端口中，根路径开销最小者，就是根端口。很显然，在一个运行STP协议的设备上根端口有且只有一个，根桥上没有根端口。 指定端口DP（Designated Port） 指定桥与指定端口的描述见表1。 表1 指定桥与指定端口的含义 分类 指定桥 指定端口 对于一台设备而言 与本机直接相连并且负责向本机转发配置消息的设备 指定桥向本机转发配置消息的端口 对于一个局域网而言 负责向本网段转发配置消息的设备 指定桥向本网段转发配置消息的端口 如图2所示，AP1、AP2、BP1、BP2、CP1、CP2分别表示设备S1、S2、S3的端口。 S1通过端口AP1向S2转发配置消息，则S2的指定桥就是S1，指定端口就是S1的端口AP1。 与局域网LAN相连的有两台设备：S2和S3，如果S2负责向LAN转发配置消息，则LAN的指定桥就是S2，指定端口就是S2的BP2。 图2 指定桥与指定端口示意图  一旦根桥、根端口、指定端口选举成功，则整个树形拓扑建立完毕。在拓扑稳定后，只有根端口和指定端口转发流量，其他的非根非指定端口都处于阻塞（Blocking）状态，它们只接收STP协议报文而不转发用户流量