STP 协议（生成树协议）

背景

1.环路引起的广播风暴问题。 2.环路引起的MAC不稳定

危害

1.链路阻塞广播报文在二层网络中不断泛洪,所有链路都被大量的广播报文充斥

2 主机操作系统响应迟缓，主机网卡接收到大量的广播报文,操作系统调用大量的CPU进程资源来

识别这些广播报文

3 二层交换机管理缓慢，大量二层协议广播报文需要二层交换机CPU处理,浪费大量资源,对正常

的请求无法响应

4 冲击网关设备的CPU，对网关IP地址的ARP请求报文,经过环路的复制转发,不断地发送到网关设备,网关设备的CPU压力不断增大,甚至崩溃

小实验：关闭了交换机的stp功能，交换机之间成环，形成广播风暴。

1.首先设置好两个主机之间的IP，并且在同一网段。交换机设置为关闭STP功能。undo stp enable

2.此时，形成了广播风暴。display mac-address 。

由图表可知，SW1的交换机的MAC表一直在变化（MAC表震荡）。导致PC1与PC2不通。

STP实验

开启了各个交换机的stp功能，并设置了优先级，LSW1为根交换机根网桥，LSW2为次交换机。

此时发现MAC表不震荡

观察各个端口的状态

SW1

SW2

SW3

可知，SW3的G0/0/1口成为了阻塞端口，此时该端口不发数据包。

主线路断开的情况

此时LW3的G0/0/1号口应有阻塞状态转变为forwarding状态。

应用及作用

通过在桥之间交换BPDU（Bridge Protocol Data Unit，桥协议数据单元），来保证设备完成生成树的计算过程。

1.通过阻断冗余链路来消除桥接网络中可能存在的路径环路

2.当前路径发生故障时，激活冗余备份链路，恢复网络连通性

工作原理

配置了生成树的交换机之间通过传递配置BPDU，比较报文中携带的参数，完成以下工作：

Ø 在一组运STP的交换机中选出一个根网桥（Root Bridge）

Ø 每个非根交换机选择一个根端口（Root Port RP）

Ø 每个交换网段选择一个除根端口之外的转发端口—指定端口（Designated Port DP）

Ø 堵塞其他（非根非指定端口即阻塞端口）端口

BPDU 参数

网桥ID：由交换机的优先级与MAC地址组成。网桥优先级取值范围0-65535（默认32768），必须4096的倍数。

端口ID：由发送端口的优先级与端口号组成。端口优先级取值范围0-255（默认128），必须是16的倍数

路径开销（Path Cost）：衡量桥与桥之间路径的“优劣”，端口类型和带宽决定了该端口的路径开销。根交换机的根路径开销为零。根路径开销反映了某端口到根交换机的“远近”。

STP协议报文

主要解析BPDU载荷数据：

1. 协议ID

2.协议版本 0 (STP) 2(RSTP) 3(MSTP)

3.根桥ID

4.发送端口ID

几个时间概念

：BPDU存活的最大时间一般默认为20秒

：转发时延，BPDU传播到全网的时间，默认为15秒（有可能比15秒大）

选举最优的BPDU：

1.比较各个各个交换机的网桥ID，优先级和MAC地址，越小越优

2.若网桥ID一样，则比较根路径开销，越小越好；

3.再看发送网桥ID,越小越好；

4.在看发送端口ID,越小越好；

过程

刚开始时，stp启动，交换机都认为自己是根网桥，发送BPDU。

交换机自动比较BDPU，选举出根网桥。

stp端口的判定：

端口的状态

总结：除了disable（物理状态的断开），其他类型的端口都接受BPDU。

除了forwarding ，其他的状态都不能发送数据包。

LISTENING 和LEARNING 的区别在于 MAC的学习

直接收敛，间接收敛：

1.先讨论端口的种类，阻塞端口变为根端口。（根据根端口的选举），最短路径开销

2再考虑端口的状态。.由于SW3还能收到老大的BPDU，所以该端口再等待15秒，即一个转发时延的时间，查看是否有更优的老大，然后转变为forwding状态。

1.SW3的阻塞端口变为指定端口，SW2的指定端口变为根端口

2.老大的BPDU在SW2存活20秒.MAX age时间

3。SW2的根端口断开后20s，收不到老大发的BPDU，所以认为自己是老大，发送BPDU给其他端口。但此时接受到SW3的BPDU，自己不在是老大，瞬间转换端口。

4.花30s重新选举老大。