STP 协议

最新推荐文章于 2025-03-25 18:35:27 发布

向前滴滴

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本文详细介绍了STP协议的工作原理，包括环路产生的影响、优先级向量的选举过程、端口状态转移、STP计时器和拓扑变化机制。重点讲解了根桥、根端口、指定端口和阻塞端口的选择，以及关闭STP功能后的处理方式。

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关闭了STP的功能，收到BPDU将如何处理

STP不发送TC置位的配置BPDU会有什么影响

定义与作用

STP Spanning Tree Protocol 生成树协议

作用：以阻塞端口的方式来消除二层环路的协议

环路产生的影响

1.mac地址表震荡：接口学习mac地址优先级默认一样，一样的情况允许mac地址漂移，所以不断的会进行mac地址表项的覆盖。

2.广播风暴：mac地址从每个接口的不断广播，会形成广播风暴，导致网络资源耗尽，网络瘫痪。

二层环路产生的原因

1.从表面上来看是在物理拓扑上形成环路；

2.本质上是交换机对未知单播帧的泛洪处理。

优先级向量及其选举过程

选取顺序：根桥，RP，DP，AP（结合下图1-1 理解效果更佳）

首先是选取根桥

通过root id选举（root id的意思是根桥ID，由于一开始所有的设备都会认为自己是根桥，所以这里用root id。后面选出根桥后，其他非根桥的ID就叫做桥ID，也就是BID）。根桥是一台交换机

root id共有两部分组成共8个字节，前2个字节用来表示桥优先级，后6个字节用设备的MAC地址来表示。新华三设备桥优先级默认的是32768，以4096为步长（因为前两个字节共16比特位，前4个比特位才真正表示桥优先级，而后12个bit表示的是vlan-id，所以当桥优先级变化时，是16位的高4位在变化，步长为4096）

看图，这时假设图中五台设备互相发送配置BPDU报文，确定了根桥是SW1。

选取根端口RP

确定根桥后，下面就要选取非根桥上的根端口RP（Root Port），注意：在根桥上没有根端口！

RP是对非根桥上的端口而言的，选取规则是首先看离根桥的根路径开销RPC（Root Path Cost），RPC最小的称为根端口，很显然在SW2,SW3上的三个端口，只有最上面的端口离根桥最近，成为RP。

在SW4上的四个端口，显然上面两个端口的RPC一样，这时就要第二个规则了，看与相应端口相连的设备的BID，BID越小的，成为RP，与这两个端口相连的分别是SW2,SW3,假设SW2的BID为4096，SW3的BID为32768，此时SW4的左上边那个端口成为RP。

再看SW5，发现与SW5两个端口相连的设备是同一台，而且到根桥的距离也一样，这时就要第三个规则了，看发送端的端口ID，即PID（Port ID）PID越小的成为RP，假设SW4下面左边的端口PID比下面右边的要小，所以此时对于SW5来说，左边那个端口成为RP。

选取指定端口DP

根端口选举完成后，下面就要选举指定端口DP（Designated Port）

注意：DP是在每一个物理段选举的，即在一根线的两端中选取一个作为DP。

选取规则根据RPC，对于SW1和SW2,SW3相连的段，很显然SW1上的两个端口成为DP；

在SW2和SW3相连的段上，由于两个端口的RPC相同，这时比较BID，显然SW2的BID比SW3的BID要小，所以SW2上的端口成为DP。

同样在SW2,SW3和SW4相连的段上，SW2,SW3的两个端口的RPC更小，成为DP，在SW4和SW5相连的段上，SW4的两个下行端口成为DP。

选取阻塞端口AP

在RP,DP选举完成后，剩下的端口成为阻塞端口，即AP（Alternate Port ），自此STP端口角色选举完成。

图1-1 端口角色选举

STP端口状态

1.Disabled：未启用STP功能的端口，不收发BPDU报文，不接收或者转发数据；

2.Blocking：阻塞状态，接收但不发送BPDU报文，但不接收或者转发数据，AP端口的状态

3.Listening：侦听状态，接收并且发送BPDU报文，不接收也不转发数据

4.Learning：学习状态，接收并且发送BPDU报文，不接受也不转发数据，学习MAC

5.Forwarding：接收并且转发数据，DP，RP端口的状态

端口状态转移

在开启STP功能后，端口被选为DP或者RP后，状态从Blocking状态到Forwarding状态，会经历Blocking到Listening用时0~20秒，从lisenting到learning，从learning到forwarding 分别需要一个forwarding delay（15秒）所以最快需要30秒才能收敛。

STP为什么要设计Forwarding Delay：

能够保证当网络拓扑发生变化时，新的配置消息能够传遍整个网络，从而避免网络未收敛时造成的临时环路。

STP计时器

Hello Time ：配置BPDU的发送周期，用于检测对方是否存活，2s一个，开始时所有的交换机都会发送，在拓扑稳定的时候只有根桥去发送，其他人进行转发

Forwarding Delay ：状态切换延迟15s一个

Max age：判断链路故障的时间为20s，10个Hello Time 内没有收到对方发送的配置BPDU，就认为链路挂掉了

BPDU报文

配置BPDU报文：开始所有人都发送，选举出根桥后由根桥发送，发送周期为一个hello time，所以一般配置BPDU都是由DP发送，RP接收

TCN BPDU：端口状态变为Forwarding 状态，设备向外发送TCN BPDU

拓扑变化机制（TC机制）

这个机制主要是为了当拓扑发生变化时，让网络的收敛速度更快。

1.STP中，设备检测到网络拓扑发生变化时就会触发TC机制。（down时触发拓扑变更无意义）

2.下游交换机SW5会不间断向上游（沿RP口）发送TCN BPDU报文。

3.上游设备SW3收到下游SW5发来的TCN BPDU报文后，只有指定端口处理TCN BPDU报文。其他端口可能收到TCN BPDU报文，但是不会处理。

4.上游设备SW3会把回复一个TCA置位的配置BPDU给下游SW5，下游停止发送TCN BPDU报文。

5.上游设备SW3复制一份TCN BPDU报文，沿RP口向根桥SW1发送。

6.根桥SW1收到TCN BPDU报文后，会回复TCA置位的配置BPDU，同时根桥会发送一个TC置位的配置BPDU，沿着DP端口，泛洪到全网，发送间隔是2秒。持续时间35秒 = 20秒（老化） +15秒（转发延迟）。

7.所有收到TC置位的配置BPDU的交换机，会将MAC表的老化时间调整成15秒。

注意： 1）整体老化时间是50秒=35秒+15秒。 2）如果三层交换机，会删除ARP表项。

直连故障与非直连故障

1.直连故障：如果Hub与SW3之间的链路断了，对于SW3是有感知的，知道RP失效，AP马上变成 RP，状态从Blocking迁移成Forwarding，需要等待30秒的转发延迟。

2.非直连故障：如果Hub与SW1之间的链路断了，对于SW3是没有感知的，RP端口需要先等待BPDU 老化时间20秒，然后RP失效，AP马上变成RP。状态从Blocking迁移成Forwarding，还需要等待30秒的转发延迟。一共需要 20秒（Max Age老化）+ 30秒（2倍转发延迟）= 50秒的时间