2.10.1 以太网 传统STP生成树（STP BPDU、STP端口状态、STP工作过程）

STP生成树协议的之间的交互通过STP BPDU（根协议数据单元，Bridge Protocol Data Unit）进行。

STP BPDU主要分为：

• 配置 BPDU（Configuration BPDU），是STP进行拓扑计算的关键。

• 拓扑改变 BPDU（Topology Change Notification BPDU），网络拓扑发生变更时触发。

STP BPDU报文格式：

STP端口状态：

当交换机开启STP协议之后，交换机所有端口将需要经历5种端口状。

进行端口状态划分与切换的原因：

• STP需要经历一个计算的过程，而不同端口状态下需要经历的时长也不同，为的就是能让STP有一个计算的过程。

• 如果设备接入直接使用，将会因为STP没有来的及计算拓扑变更而造成短暂的环路。

STP有哪些端口角色：

• 已禁用(disable)

  • 没有启用STP协议时所处的状态
  • 处于禁用状态的交换机端口不会参与生成 树，并且也不会转发帧。
  • 当交换机端口被管理禁用时， 这个端口也会设置为禁用状态。

• 阻塞(bloking)

  • 此状态下只接收BPDU，不发送BPDU，不学习MAC，不转发用户数据。
  • 接收BPDU的原因是为了进行端口选举。
  • 经过20秒的监听，如果没有被选为根端口或指定端口，将一直处于该状态下。

• 侦听(listening)

  • 阻塞状态下的20秒监听发现自己比对端更优先，将成为侦听状态，向外发送BPDU。
  • 此状态下接收、转发BPDU，不学习MAC，不转发用户数据。
  • 经过15秒的监听，如果没有接收到更优的BPDU将成为根端口/指定端口，并进入学习状态。

• 学习(learning)

  • 接收、转发BPDU，学习MAC，不转发用户数据。
  • 此状态下能够接收到用户的数据，不转发数据但记录端口传来的数据帧源MAC地址。
  • 经过15秒的监听，如果没有接收到更优的BPDU将成为根端口/指定端口，并进入学习状态。

• 转发(forwarding)

  • 接收、转发BPDU，学习MAC，转发用户数据

STP工作过程：

1. 选举根桥（Root Bridge）

   • 当设备刚启用STP或启用的STP的设备刚开机时，设备默认自己是根桥，所有端口都不会阻塞，并主动向外发送BPDU。
   • BPDU中描述了自己的设备优先级、MAC地址，设备优先级越小越优先，MAC地址越小越优先。
   • 如果15秒转发延迟之后没有收到比自己更优的BPDU信息，自己将稳做根桥。

2. 选举根端口（RP,Root Port）

   • 设备成为根桥后将会定时向外发送BPDU，STP模式中只有根桥发送BPDU。

     • 定时器
     • Hello 计时器
       • 发送BPDU 的间隔。
       • 这个值默认为2秒，可修改为 1 到 10 秒之间的值，该值过小将增大网络的负载。
     • 转发延迟计时器
       • 转发延迟是在侦听和学习状态中消耗的时间，通常是Hello的4倍。
       • 这个值默认为 15 秒，不过可以修改为4到 30 秒之间的值。
     • 最大老化时间计时器（在没有收到Hello报文时开始计时）
       • 这个值默认为 20 秒，不过可以修改为 6 到 40 秒之间的值

   • 非根桥设备通过接收根桥发来的BPDU计算出到达根桥的根路径开销。

     • 端口链路的带宽将影响路径的开销，默认华为设备的参考带宽值为：
     • 修改开销标准：stp pathcost-standard <改变STP-Cost开销标准>
     • 直接修改开销：stp cost 10
       

   • 根路径越小越优先，更具有优先级的端口将成为根端口。

3. 选举指定端口（DP,Designated port）

   • 根桥所有端口都是指定端口
   • 非根桥所有端口，默认也是指定端口，但会因为端口的选举而出现根端口、阻塞端口等。

4. 选举阻塞端口

   • 两台非根桥互连接口都是指定端口，将会选举出一个阻塞端口。
     • 华为设备中叫（AP,Alternate Port）其它设备中通常叫（BP,Backup Port）
     • DP与RP一样，可以向外发送BPDU。
     • 当DP收到BPDU之后，将进行一个对比，优先的将继续成为DP。
     • 次优的将成为RP，但因为一个设备只能有一个RP，所以只能成为RP的备用端口（AP/BP）
   • （1）比较设备优先级+MAC地址（MAC地址和优先级越小，越是能成为指定端口）
   • （2）比较端口优先级+端口序号（端口序号越小，优先级越大，越是能成为指定端口）
     • 端口优先级默认128，
     • 端口优先级的表示（前4bit是接口优先级、低12bit是接口编号）
     • 128.22[默认优先级128，接口号e0/0/22]
     • 个别端口如eth-trunk接口会默认分配一个接口编号
     • 为什么端口优先级的步长是16？
     • 已知PID占位4个字节（16bit）
       • xxxx 0000，0000 0000
       • 前4bit为优先级，后12bit为端口编号
       • 当第4个x置1，以每8位为一组数，也就是0001 0000 = 16
       • 当第3个x置1，也就是0010 0000=32.0
   • 优先级低的将成为阻塞端口。

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一阵捣鼓下来，简单说下一些小细节：

• DP收到对端传来的BPDU，发现自己是最优的没有成为RP，而是成为DP。与根桥所有端口都是指定端口前后呼应。
• DP收到对端传来的BPDU，发现自己是次优的将成为RP，与根端口选举前后呼应，因为最优的BPDU都是从根端口中传来的。