STP工作过程

STP工作过程

STP通过4个步骤来保证网络中不存在二层环路。

在交换网络中选举一个根桥(Root Bridge，RB )

• STP的计算需要一个参考点，而根桥就是这个参考点，它是STP经计算得到的这棵无环的树的树根。

• 桥ID最小的交换机将成为根桥。

• 对于一个交换网络而言，正常情况下只会存在一个根桥。

• 如下图所示，SW1、SW2及SW3的桥优先级都是32768，因此MAC地址最小的SW1成为网络中的根桥。

• STP的正常工作依赖于该协议所使用的报文的正常交互，这种报文就是BPDU （Bridge Protocol Data Unit，网桥协议数据单元)，BPDU中
  包含着几个重要的数据（根ID、RPC、网桥ID、桥ID），这些数据是STP进行无环拓扑计算的关键。
  

• 需要注意的是，根桥的地位是具有可抢占性的。

• 在上图网络拓扑中，在STP完成收敛后，若网络中接入了一台新的交换机，而且这台新增的交换机的优先级为4096，比现有根桥SW1的优先级更高，那么该新增的交换机将成为网络中的新根桥，与此同时，STP将重新收敛、重新计算网络拓扑，在这个过程中有可能引发网络震荡，从而对业务流量的正常转发造成影响，所以根桥角色的稳定性是十分重要的。

在每个非根桥上选举一个根接口(Root Port，RP )

• 在一个交换网络中，除了根桥之外的其他交换机都是非根桥，
• STP将为每个非根桥选举一个根接口，所谓根接口，实际上是非根桥上所有接口中收到最优BPDU的接口（通过根端口接受来自根的BPDU），可以简单地将其理解为交换机在STP树上“朝向”根桥的接口。
• 非根桥可能会有一个或多个接口接入同一个交换网络，STP将在这些接口之中选举出一个(而且只会选一个)根接口。
• 在STP收敛完成之后，根桥依然会周期性地向网络中发送BPDU，而非根桥则会周期性地在自己的根接口上收到BPDU（非根桥会存储收到的BPDU，缺省老化时间20s），并沿着STP树向下游转发（根桥、非根桥都会通过指定端口向下游发送经过自己计算的BPDU报文）。
• 如下图所示的网络中，SW2及SW3均为非根桥，以SW3为例，在STP收敛过程中，它在自己的Port1及Port2接口上都会收到BPDU，SW3会将这两个BPDU进行比较，收到最优BPDU的接口Port1将成为根接口（RPC较小）。
  

选举指定接口(Designated Port, DP )

• STP将在每个网段中选举一个指定接口，这个接口是该网段内所有接口中到达根桥的最优接口。并且，指定接口还负责向该网段发送BPDU。
• 对于非根桥而言：

1. 首先，所有接口中收到最优BPDU的接口将成为该设备的根接口（根ID->RPC->网桥ID->接口ID），
2. 然后，该非根桥使用自己接收的最优BPDU为本设备上的其他接口各计算一个BPDU，
3. 最后，使用计算出的BPDU与接口上所维护的BPDU(接口自身也会从网络中收到BPDU，并将BPDU保存起来)进行比较，如果前者更优，那么该接口将成为指定接口，并且其所保存的BPDU也被前者替代，交换机将替代后的BPDU从该指定接口转发给下游交换机；如果后者更优，那么该接口将成为非指定接口(非指定接口指的是既不是根接口，又不是指定接口的接口)。

• 简单来说，对于非根桥而言，根接口的选举过程是非根桥将自己所收到的所有BPDU进行比较，而指定接口的选举过程则是非根桥用自己计算出的BPDU跟别的设备发过来的BPDU进行比较。
• 如下图所示网络中，在SW1与SW2之间的网段中，SW1的Port1被选举为指定接口；在SW1与SW3之间的网段中，SW1的Port2被选举为指定接口。
• 一般而言，根桥的所有接口都是指定接口。
• STP还会在SW2及SW3之间的网段中选举一个指定接口，最终SW2的Port2接口胜出（网桥ID较小），成为该网段的指定接口。
  

阻塞非指定接口，打破二层环路

• 经STP计算后，如果交换机的某个(或者某些)接口既不是根接口又不是指定接口，我们将这种接口称为非指定接口，那么该接口将会被STP阻塞，如此一来网络中的二层环路也就被打破了。
• 如下图所示的网络中，SW3的Port2由于既不是根接口，又不是指定接口，因此被阻塞。
• 被阻塞的接口既不会接收也不会转发业务数据(业务数据有别于BPDU，可以简单理解为用户的应用数据)，
• 另外被阻塞的接口也不会发送BPDU，但是会持续侦听BPDU，以便感知网络拓扑的变更情况。