【网络协议详解】——STP技术（学习笔记）

已于 2025-02-21 12:35:45 修改
阅读量1.4k 收藏 14
点赞数 37
分类专栏： 笔记 文章标签： 网络 华为 笔记 计算机网络
于 2025-02-21 10:33:07 首次发布
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/2201_75633021/article/details/145770990
版权

目录

STP的由来

STP的术语

桥（Bridge）

桥的MAC地址（Bridge MAC Address）

桥ID（Bridge Identifier，BID）

端口ID（Port Identifier，PID）

​编辑BPDU报文

STP的端口角色和端口状态

根端口（Root Port）

指定桥（Designated Bridge）与指定端口（Designated Port）

端口状态

STP的定时器

Hello Time

Forward Delay

Forward Delay Timer

树的基本理论

生成树的生成过程

实验操作

组网需求

配置文件

STP的由来

 为了解决冗余链路引起的问题，IEEE通过了IEEE 802.1d协议，即生成树协议（Spanning Tree Protocol,STP）。IEEE 802.1d协议通过在交换机上运行一套复杂的算法，使冗余端口置于“阻塞状态”，使得网络中的计算机在通信时只有一条链路生效，而当这个链路出现故障时，IEEE 802.1d协议将会重新计算出网络的最优链路，将处于“阻塞状态”的端口重新打开，从而确保网络连接稳定可靠。

STP的术语

桥（Bridge）

因为性能方面的限制等因素，早期的交换机一般只有两个转发端口，所以那时的交换机常常被称为“网桥”，或简称“桥”。在IEEE的术语中，“桥”这个术语一直沿用至今，但并不只是指只有两个转发端口的交换机了，而是泛指具有任意多个端口的交换机。

桥的MAC地址（Bridge MAC Address）

一个桥有多个转发端口，每个端口有一个MAC地址。通常，交换机会把端口编号最小的那个端口的MAC地址作为整个桥的MAC地址。

桥ID（Bridge Identifier，BID）

一个桥（交换机）的桥ID由两部分组成，前面2字节是这个桥的桥优先级，后面6字节是这个桥的MAC地址。桥优先级的值可以手动设置，其默认值为0x8000（相当于十进制的32768）。

IEEE 802.1d标准中规定BID是由桥优先级（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。

端口ID（Port Identifier，PID）

第一种：端口ID由两个字节组成，第一个字节是该端口的端口优先级，后一个字节是端口编号。

第二种：端口ID由16个比特组成，前4个比特是该端口的端口优先级，后12比特是该端口的端口编号。

BPDU报文

STP采用的协议报文是BPDU（Bridge Protocol Data Unit），也称为配置消息。STP通过在设备间传递BPDU报文来确定网络的拓扑结构，并完成生成树的计算。BPDU报文被封装在以太网数据帧中，目的MAC是组播MAC：01-80-C2-00-00-00。

STP的端口角色和端口状态

端口角色：根端口和指定端口

根端口（Root Port）

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。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。

指定桥（Designated Bridge）与指定端口（Designated Port）

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

端口状态

运行STP协议的设备的端口存在5种端口状态，如表1所示。

表1 STP端口状态

端口状态

说明

Disabled

端口状态为Down，不处理BPDU报文，也不转发用户流量。

Listening

过渡状态，开始生成树计算，端口可以接收和发送BPDU，但不转发用户流量。

Learning

过渡状态，建立无环的MAC地址转发表，不转发用户流量。

Forwarding

端口可以接收和发送BPDU，也转发用户流量。只有根端口或指定端口才能进入Forwarding状态。

Blocking

端口仅仅接收并处理BPDU，不转发用户流量。

  1. 端口Up或使能了STP，会从Disabled状态进入到Blocking状态。
  2. 端口被选举为根端口或指定端口，会进入Listening状态。
  3. 端口的Forward Delay定时器超时，会进入Learning/Forwarding状态。
  4. 端口不再是根端口或指定端口时，会进入Blocking状态。

STP的定时器

Hello Time

运行STP协议的设备发送配置BPDU的时间间隔。设备每隔Hello Time时间会向周围的设备发送BPDU报文，以确认链路是否存在故障。

Forward Delay

设备状态迁移的延迟时间。链路故障会引发网络重新进行生成树的计算，生成树的结构将发生相应的变化。不过重新计算得到的新配置消息无法立刻传遍整个网络，如果新选出的根端口和指定端口立刻就开始数据转发的话，可能会造成临时环路。为此，STP采用了一种状态迁移机制，新选出的根端口和指定端口要经过2倍的Forward Delay延时后才能进入转发状态，这个延时保证了新的配置消息传遍整个网络，从而防止了临时环路的产生。

Forward Delay Timer

默认是15秒

树的基本理论

 在一个具有物理环路的交换网络中，交换机通过运行STP，自动生成一个没有环路的逻辑拓扑。该无环逻辑拓扑也称为STP树（STP Tree），树节点为某些特定的交换机，树枝为某些特定的链路。一棵STP树包含了唯一的一个根节点，任何一个节点到根节点的工作路径不但是唯一的，而且是最优的。当网络拓扑发生变化时，STP树也会自动地发生相应的改变。

 简而言之，有环的物理拓扑提高了网络连接的可靠性，而无环的逻辑拓扑避免了广播风暴、MAC地址表翻摆、多帧复制，这就是STP的精髓。

生成树的生成过程

①选举根桥（Root Bridge），作为整个网络的根。

②确定根端口（Root port，RP），确定非根交换机与根交换机链接最优的端口。

③确定指定端口（Designated Port，DP），确定每条链路与根桥连接最优的端口。

④阻塞备用端口（Alternate Port，AP），形成一个无环网络。

实验操作

组网需求

在一个复杂的网络中，网络规划者由于冗余备份的需要，一般都倾向于在设备之间部署多条物理链路，其中一条作主用链路，其他链路作备份。这样就难免会形成环形网络，若网络中存在环路，可能会引起广播风暴和MAC表项被破坏。

当前网络中存在环路，SwitchA、SwitchB、SwitchC和SwitchD都运行STP，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。

配置文件

SwitchA的配置文件

#
sysname SwitchA
stp mode stp
stp instance 0 root primary 
stp pathcost-standard legacy
#
return

SwitchB的配置文件

sysname SwitchB   
# 
stp mode stp   
stp bpdu-protection
stp pathcost-standard legacy
#  
interface GigabitEthernet0/0/2   
 stp edged-port enable 

return

SwitchC的配置文件

sysname SwitchC  
#  
stp mode stp 
stp pathcost-standard legacy
stp bpdu-protection
#  
interface GigabitEthernet0/0/1          
 stp instance 0 cost 20000 
#  
interface GigabitEthernet0/0/2     
 stp edged-port enable 
#  
return

SwitchD的配置文件

sysname SwitchD 
# 
stp mode stp  
stp instance 0 root secondary      
stp pathcost-standard legacy
#   
return

STP协议
Tommy_hao的博客
04-09 1534
1、什么是Stp技术？ spanning-tree protocol ：生成树协议 @概述 --该协议是公有标准的协议，在任何厂商的设备都支持，称之为 802.1d ； --该协议是用来解决2层交换网络的环路的(不是路由网络的环路)，是一种2层交换技术，只在交换机上运行 @核心作用： --在交换设备之间提供冗余链路的同时，防止2层交换网络环路的发生。【1.提供冗余链路；2.防止环路发生】 @具体的核心工作任务是： --在交换机之间的多个链路中间，“任何一个交换机”都选择一个去往“特定”..
学习笔记——交换——STP（生成树）简介
灵韵的博客
10-15 2442
当企业上下班时间，每个员工将自己的PC进行开关机的操作，现网当中就会出现大量的TCN BPDU，影响设备的性能，而PC机器其实不需要参加到生成树计算当中。，再加上30s的侦听(Listening)+学习(learning))，在这个时间段内，会导致网络长时间的中断。广播报文在两个或多个交换机间大量的、重复的、无休止的传递。
STP生成树协议（超详细小白也能看懂）
weixin_53906196的博客
05-27 2759
在网络拓扑稳定以后，只有根桥主动发送配置 BPDU ，其他交换机在收到上游传来的配置 BPDU 后，才会发送自己的配置 BPDU。BPDU从根桥被发出的时候，Message Age值为0，每经过一个桥设备，其值加1。为了计算生成树，交换机之间需要交换相关的信息和参数，这些信息和参数被封装在BPDU （ Bridge Protocol Data Unit ）中。4.learning（学习状态，端口不转发用户流量，学习MAC表，参与生成树计算，接受并发送BPDU报文，防止环路维持15秒）
STP详解
YancyYue颜悦的专栏
09-02 2698
STP详解、选举机制详解
STP协议中的四种端口状态
2301_80198453的博客
04-18 1081
导致拓扑中并没有BPDu报文的传输，所以这里有一个最大寿命时间（也就是状态死亡时间，20s），如果20s内都没有收到任何的BPDU报文，那么就会视作根桥故障后转为侦听状态，变为主动发送BPDU报文的设备。这样在下一步的转发中，就能优化一些垃圾广播报文的数据，优化带宽。这里的选举会有一个15s的选举时间，因为在一部分设备选举成功后，另外一部分设备才刚刚启动，如果选举时间过短，这样可能会导致临时环路，所以设置一个15s的选举时间，让整个拓扑中的所有设备都能进行参加选举，进行BPDU报文的交互。
【STP协议】
DDdan77的博客
04-16 5219
STP是Spanning Tree Protocol的缩写，中文译为生成树协议。它是一种网络协议，用于在网络中的交换机之间建立一个无环的拓扑结构，以防止网络中出现回路，避免数据包循环发送和网络拥塞。通过STP，交换机可以选择最佳路径发送数据包，并自动将冗余路径禁用，从而确保网络的可靠性和稳定性。STP是IEEE 802.1D标准定义的，并在以太网中广泛应用。
轻松学习STP协议
记忆的博客
03-15 386
生成树协议STP一、概述1.交换网络环路的产生2.STP二、STP工作原理1.生成树算法选择根网桥选择根端口选择指定端口2.桥协议数据单元（BPDU）BPUD的两种类型BPDU报文字段交换机端口的五种STP状态生成树计时三、STP的应用四、命令 一、概述 1.交换网络环路的产生 广播风暴 多帧复制 MAC地址表紊乱 2.STP 逻辑上断开环路，防止广播风暴的产生 当线路故障，阻塞接口被激活，恢复通信，起到备份线路的作用 二、STP工作原理 1.生成树算法 选择根网桥 选择优先级小的（0~65535，默认
学习笔记——交换——STP（生成树）桥协议数据单元(BPDU)
灵韵的博客
10-18 4712
当STP收敛完成后，只有根桥才会周期性的发送配置BPDU(缺省时，以2s为周期发送配置BPDU，可以在设备的系统视图下使用stp timer hello命令修改发送周期)，而非根桥则会在自己的根接口上收到上游发送过来的配置BPDU，并立即被触发而产生自己的配置BPDU，然后从自己的指定接口发送出去。四部分只有根桥id不变，其余3部分会变化，第2部分计算入端口开销，采用累加，BPDU hello报文间隔2秒，最大age时间20秒，即若20秒没有收到根桥发来的BPDU，则认为根桥挂了，将重新进行根桥选举。
学习笔记——交换——STP（生成树）工作原理
灵韵的博客
10-16 3954
S3的1端口的RPC为200 000+20 000=22 0000，交换机会将RPC最小的那个端口确定为自己的根端口，因此，S3将2端口确定为自己的根端口，同理，S2将自己的1端口确定为根端口。S3的1端口的RPC为200 000+20 000=22 0000，交换机会将RPC最小的那个端口确定为自己的根端口，因此，S3将2端口确定为自己的根端口，同理，S2将自己的1端口确定为根端口。很显然，SWA用E0/1端口给SWB的E0/2端口发BPDU，SWA用E0/2端口给SWB的E0/1端口发BPDU。
stp协议(stp协议)
02-26
stp协议stp协议stp协议stp协议stp协议
【网络协议详解】——QOS技术（学习笔记）
2201_75633021的博客
03-11 1255
模块化QoS命令行接口MQC（Modular QoS Command-Line Interface）将具有某类共同特征的报文划分为一类，并为同一类报文提供相同的服务，也可以对不同类的报文提供不同的服务。随着网络中QoS业务的不断丰富，在网络规划时若要实现对不同流量（如不同业务或不同用户）的差分服务，会使部署比较复杂。通过配置MQC，用户可以更加便捷地按需对网络中的流量提供不同的服务。MQC是一种配置方法，通过配置流分类、流行为、流策略和应用流策略来完成QoS业务的配置。
计算机网络协议(二)——从二层到三层
热门推荐
ghw15221836342的博客
09-03 2万+
底层网络知识详解：从二层到三层概述一、从物理层到MAC层1.1 第一层(物理层)1.2 第二层(数据链路层)二、交换机与VLAN2.1 如何解决广播问题和安全问题？三、ICMP和ping3.1 ICMP协议的格式3.2 ICMP报文类型3.3 ping：查询报文类型的使用3.4 Traceroute：差错报文类型的使用四、网关五、路由协议5.1 如何配置策略路由？5.2 动态路由算法5.3 动态路...
中级网络工程师笔记
最新发布
05-07
### 中级网络工程师学习笔记概述 中级网络工程师的学习内容涵盖了广泛的领域，主要包括路由协议、交换技术、网络安全以及网络管理等方面的知识。以下是关于中级网络工程师学习的一些核心要点： #### 1. **路由基础知识** 路由命令 `route` 是用于配置 IP 路由表的重要工具之一。例如，在 Linux 或 Unix 系统中，可以通过以下方式添加一条指向某个网络的静态路由： ```bash route add -net 202.112.58.0 netmask 255.255.255.0 gw 192.168.1.1 dev eth0 ``` 其中 `-net` 参数表示目标是一个网络而非单一主机[^1]。 #### 2. **透明网桥的工作原理** 透明网桥是一种二层设备，其主要功能是连接多个局域网段并实现数据帧的转发。透明网桥的核心机制在于维护一张 MAC 地址映射表（Address Mapping Table），该表格记录了每个端口所连接的网段及其对应的 MAC 地址。当收到一帧数据时，网桥会查询这张表决定如何转发数据包；如果无法匹配到具体的目的地址，则执行泛洪操作（Flood），即将数据发送至除了接收端口外的所有其他端口[^2]。 为了避免可能产生的环路问题，通常会在大型复杂环境中部署生成树协议（Spanning Tree Protocol, STP）来消除潜在路径循环。 #### 3. **TCP/IP 协议栈详解** 深入理解 TCP/IP 协议族对于成为一名合格的中级网络工程师至关重要。这不仅涉及基础概念如 IPv4/IPv6 的编址方案、子网划分方法论，还包括传输层的服务质量保障措施——比如可靠性的三次握手过程与错误恢复策略等高级话题。 #### 4. **常见动态路由协议比较分析** 掌握 OSPF (Open Shortest Path First), EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) 和 BGP(Border Gateway Protocol) 这些主流内部及外部网关协议的特点差异也是考试重点所在。每种协议都有各自适用场景和技术优势，需能够根据不同需求选择合适的解决方案。 #### 5. **防火墙与入侵检测系统的基础架构设计原则** 随着信息安全威胁日益严峻，构建坚固的安全防线成为现代企业不可或缺的一部分。因此了解基于状态监测理论的状态型防火墙工作模式，熟悉 Snort 等开源 IDS(Intrusion Detection System)/IPS(Intrusion Prevention System) 工具的功能特性显得尤为重要。 #### 6. **广域网(WAN) 技术选型指南** 最后还应关注 WAN 领域内的最新进展趋势，像 MPLS(Multiprotocol Label Switching)，SD-WAN(Software Defined Wide Area Network) 解决方案的优势对比等内容均属于考察范围之内。 以上只是部分精选主题概览，实际备考过程中建议参照官方教材进行全面复习，并辅以大量实践演练巩固记忆效果。 ```python # Python 示例：模拟简单的 ARP 表更新逻辑 class Bridge: def __init__(self): self.mac_table = {} def learn(self, mac_address, port_number): """Learn and update the MAC address table.""" self.mac_table[mac_address] = port_number def forward_frame(self, destination_mac, incoming_port): """Determine which port to send frame out of based on learned addresses.""" if destination_mac in self.mac_table: outgoing_port = self.mac_table[destination_mac] return f"Forwarding frame to port {outgoing_port}" else: return "Flooding frame to all ports except receiving one" bridge_instance = Bridge() bridge_instance.learn('AA:BB:CC:DD:EE:FF', 1) print(bridge_instance.forward_frame('AA:BB:CC:DD:EE:FF', 2)) ```
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付：10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明：

1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载，可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值