[计算机网络] --- STP（上篇）产生原因及专业名词解释

前言：

STP虽然在实际项目中现在运用的越来越少（华为设备默认为mSTP），但是STP常常作为各种各样的考点出现，并且RSTP和MSTP都是在STP的基础上进行优化的，对学生来说还是非常重要的，同学们要好好学习哟。

一、STP产生原因

最开始的网络结构比较简单，接入层到汇聚层交换机只有单一的链路，但是随着互联网规模的不断扩大，越来越的的主机开始连接接入层交换机，这也导致①、②处的链路压力越来越来，这样的话如果①或者②出现单链路故障的话，下面所有的PC将都不可以上网。

后来人们为了解决此类问题，所以通常会使用多个交换机互连（链路冗余）来实现备份，以保证PC上网正常通信。

这样PC上网的上网的线路就不只是一条，假如②线路坏掉了我们还可以从①③④或者①⑤进行上网，这样就虽然增强了网络的可靠性，但是我们注意到三个交换机相连会产生广播风暴和mac地址表翻新从而产生环路，而环路会给我们带来一系列的问题从而导致通信质量不佳甚至会导致通信业务终端等问题。为了解决环路问题，科学家们这才设计了STP(Spanning T ree Protocol )。

二、STP基本概念桥

1.桥ID

在STP中，每一台交换机都有自己唯一标识符，也就是桥ID（Bridge ID），桥ID是由16位桥优先级（桥优先级可以进行配置，但是必须配置1024的倍数，默认为4096）和48位mac地址组成的，作用就是区分交换机以及选取根桥，选举根桥就是先比较优先级，优先级越小约优先，如果优先级相同，就比较mac地址。

注：因为mac地址唯一所以桥ID也是唯一的

2.根桥

根桥就好比STP交换网络中的 “树根” ，可以这莫理解，一棵大树只能有一棵树根，同样一个STP网络内只能有一个根桥（Root Bridge）,根桥的主要作用就是作为整个STP网络内的一个“ 逻辑中心点”（物理上不一定是中心），由此中心点开始计算阻塞哪一条线路，使其破环（工作原理的时候在多做解释），根据桥id选举根桥，先比较优先级，如相同的话在比较mac地址，越小越优先。

注：根桥不是唯一的，它会根据网络拓扑的变化而变化

3.Cost

开销值就是Cost，每一个激活了STP的接口都会有一个Cost，一般开销值和端口的带宽有关，带宽越高，端口开销越小，Cost的主要目的也就是为了方便计算根路径的开销，Cost（开销）个人理解就是类似花钱，花钱越多（开销值越大），优先级越小（性价比越低）。

cost与带宽的计算比例关系：

注：默认情况下华为交换机是使用的IEEE 802.1t标准

4.RPC

RPC(Root Path Cost )根路径开销，主要作用就是计算根桥到某个交换机的 ‘‘成本’’,相互之间进行比较，寻找出一条“成本”最低的线路，RPC计算方法就是根桥到达目的交换机设备沿途所有入方向（相对于根桥来说的入方向，也就是和根桥相对的方向）接口的Cost值相加。

例图中sw2为根桥，想要计算的是去往sw3的RPC，去往sw3的路径为sw2 — sw1 ---- sw3 ,我们取路径上的相对于sw2来说入方向上的Cost值并相加就是我们的R根路径开销。
注：根桥的根路径开销为0

5.Port ID

在运行stp的·交换机之中交换机会使用接口id来标识每个接口，Port id 的主要作用是选举指定端口，Port ID主要有两部分组成，前面是接口优先级，后面是接口编号。

注：接口优先级可以修改，优先级范围是0~240，步长16，华为默认128，修改必须为16的整倍数。

6.BPDU

BPDU是stp能够工作的前提，bpdu可以理解为装载着各种信息（桥id，pid等）的数据包，stp交换机之间交互BPDU，从而确定根桥、指定端口等，保证STP能够正常工作。
BPDU分为两种：

名称	内容/作用
配置BUDU	包含桥ID、路径开销等，用来选举根交换机以及确定每个交换机端口角色与状态
TCN BPDU	只有在网络拓扑发生变化时才会向上游发送拓扑变化通知（BPDU）

注：在刚建立的时候每个桥（交换机）都认为自己是根桥，所以都会主动向外发送配置BPDU，但是等待拓扑稳定后，只有根桥才会主动发送配置BPDU,只有在网络拓扑发生变化时才会向上游发送拓扑变化通知（BPDU).

配置BUDU报文格式：

七、指定端口、根端口、预备端口

名称	作用
指定端口	转发配置BPDU的端口，每个网段只能有一个指定端口，一般根桥的每个端口都是指定端口
根端口	根端口是去往根桥路径最优的端口，跟桥上没有根端口，stp交换机上最多只有一个根端口
预备端口	既不是指定端口也不是根端口的端口叫做预备端口，也叫做阻塞端口