【HCIP学习】STP协议

一、STP协议出现背景(Spanning Tree Protocol,生成树协议

二层环路带来的问题:广播风暴;

MAC地址表的震荡;

二、STP定义

stp是二层网络中用于消除环路的协议,通过阻断冗余链路来消除,网络中可能存在的环路;

当前活动路径发生故障时,激活冗余备份链路,恢复网络连通性;

分析:STP会临时阻塞冗余链路的端口,被阻塞的端口不能收发数据,这时,就不会形成环路。

当主链路DOWN,被阻塞的链路会被启用,保证数据正常转发。

思考:阻塞端口怎么选?如下图,我们肯定希望阻塞10Mbps的。但阻塞谁,肯定有一个阻塞机制。

三、STP相关概念

BDPU:

1、定义:桥协议数据单元,用于传递STP协议相关报文
2、分类:
(1)配置BPDU:传递STP配置信息

网桥通过交互配置BPDU,获取STP计算所需的参数;

配置BPDU基于二层组播方式发送,目 的地址:01-80-C2-00-00-00;

配置BPDU只由根桥周期性发出,发送周期为Hello Time(2秒);

配置BPDU格式

配置BPDU老化时间为Max Age即10个hello time;

总结:配置BPDU是传递生成树选举所需信息的报文

(2)TCN BPDU:通告拓扑变更信息

注意区分:TC BPDU(根桥发出的拓扑变化信息,其他交换机收到后会将MAC地址表老化时间由300秒缩短到15秒)、

TCA BPDU(拓扑变化确认)

TCN BPDU(非根交换机发的拓扑变化通知,用于报错使用) 两者是属于配置BPDU中不同的flag置位

四、STP选举机制

BID中的优先级范围:

根桥选举的情况

思考1:下图交换机,谁是根网桥

答案1:A交换机

思考2:下图交换机的接口,谁是根端口

答案2:B的1口、C的1口

思考3:一个交换机上有多个口,到达根网桥的开销都是相同的,选不出来根端口,怎么办?

答案3:依据对端交换机BID小的优先级选举根端口,则D交换机的1口为根端口

思考4:依据端口ID小的优先的情况?

答案4:E的1端口为根端口

综上:选举出的根端口如下图所示:

指定端口的选举情况

阻塞端口:

STP选举完后,修剪的网络拓扑,一颗没有环路的树

注:选举根桥和端口角色同步进行,不分先后;

        stp计算时间是30秒;

总结:STP桥角色:根桥、非根桥

           端口角色:指定端口、根端口、阻塞端口

port id:格式:优先级+端口号,小优

              优先级0-240,默认128,必须是16的倍数

五、stp初始化流程---端口状态

端口状态

disable:禁用状态,被手动shutdown的端口。不发送配置BPDU,不进行MAC地址学习,不收发数据。

blocking:阻塞状态:不发送配置BPDU,不进行MAC地址学习,不收发数据。

listening:监听状态,发送配置BPDU,不进行MAC地址学习,不收发数据,持续15秒。

learning:学习状态,发送配置BPDU,进行MAC地址学习,不收发数据,持续15秒。

forwarding:转发状态,发送配置BPDU,进行MAC地址学习,收发数据

发送延迟的过程:

从中间状态listening经过一个延迟进入另一个中间状态learning;

从中间状态learning经过一个延迟进入另一个中间状态forWording

思考:当交换机A和B之间的链路down,故障切换(网络收敛)需要多长时间?

答案:需要30秒,因为上图中虽然有很多的阻塞口,可到底启用哪个口,就需要重新进行STP的选举过程。

六、STP计时器

hello time:2秒,配置BPDU的发送周期

max age:20秒,判断链路故障的时间,10个hello time周期

forwarding delay:15秒,状态切换延迟

STP收敛时间总结:

(1)初次收敛时间:

30秒(15侦听+15s学习):存在直连检测=本地仅存在一个阻塞端口,可以收到来自根桥的BPDU

分析:SW0上2口是阻塞口,当其上1口链路故障,2口只需经过30S就可以故障切换,因为它可以收到来自根桥的BPDU,所以不需要经过额外的20秒的故障检测机制。

(2)拓扑故障再收敛时间:

若某个端口断开,将发送次优BPDU(以本地为根)给其他邻居交换机,其他交换机无视该数据,进行20s  max age计时,同时阻塞接口进入15s侦听,15s学习,故总50s

七、STP拓扑变更机制

所以:拓扑变更后,要及时通知给上行交换机

工作原理:

1.交换机检测到拓扑变更,交换机向根网桥发起TCN BPDU;

max age超时/有接口变更为转发状态,判断为拓扑发生变更

交换机上有端口从forwarding或learning状态转变为blocking;

2.沿途的非根桥收到TCN BPDU后,会继续向根桥转发,并在根桥的下一轮配置BPDU中,把TCA(TC acknowledge)位置位

3.根桥收到TCN BPDU后,在下一轮配置BPDU中,把其TC位置位;

4.所有交换机收到TC置位的BPDU后,MAC地址表老化时间由300秒缩短到15秒

八、缺点

拓扑变更不灵活,主机频繁上下线,网络会产生大量TCN,导致网卡;

收敛时间长:拓扑层次越多,收敛时间越长,一个端口从blocking到forwarding至少需要30秒;

                      故障切换时间太长;

九、链路开销标准:

链路速率:100Mbps\1000Mbps\10Gbps

标椎:802.1D-1998

           802.1t(华为标准)

           私有标准(华三交换机私有)

十、STP实验

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