【交换技术原理-STP生成树】

一、概念

1.交换机之间如果多条线路互连成环，会造成：广播风暴，广播包在环里无限转圈，卡死全网；MAC地址表翻滚，交换机不停改MAC表，彻底混乱；重复帧复制，数据包被反复转发。
2.生成树是为了防止交换机环路，自动把多余的链路 “逻辑关掉”，只留一条最优路径，网络断了再自动切换，即：既能有冗余备份链路，又不会形成环路。
3.生成树做了哪几件事：选一个老大：根桥（Root Bridge）；每个交换机选一条最优路到根桥：根端口；每个网段选一个负责转发的口：指定端口，剩下没用的口自动阻塞：Blocking口（生成树最重要的就是判断根桥、根端口、指定端口、阻塞口）。

二、要点

1、根桥

1.所有交换机初始时都认为自己是根桥，最低BID（桥ID）的交换机作为根桥，并通过BPDU报文交换信息，最终选出根桥。
2.选举根桥，比较BID=桥优先级+MAC地址，优先级越小越优先（默认32768），优先级一样看MAC，MAC越小越优先。
3.也可以看端口状态判断根桥：若运行STP的交换机上所显示的所有端口均处于转发状态，则该交换机为根桥交换机。
4.备份根桥选举：配置stp root secondary命令来指定一个交换机作为备份根桥，如果根桥发生故障，备份根桥将会接替根桥角色，继续维持网络的稳定运行，此时设备的优先级自动设置为4096，这个值是一个相对较高的优先级，因此备份根桥不会成为普通的STP环境中的根桥，只有在原根桥失效的情况下才会提升为根桥。

2、根端口

1.非根交换机到根桥开销（COST）最小的口，就是根端口，是该交换机通往根桥的最佳路径（根端口不是根桥上的端口，而是连接根桥的交换机中COST最低的端口）。
2.如果开销相同，对端 BID → 对端端口 ID → 本端端口 ID，即比较顺序Cost、桥ID、端口ID。
3.每个非根桥有一个根端口，通常只有一个。

3、指定端口

1.指定端口用于在不与根桥直接连接的网段上转发配置消息BPDU，同一网段中只有一个端口会成为指定端口，而其他的端口则会被阻塞，以防止环路的形成。
2.指定端口负责向本地网段上的其他交换机端口传播BPDU，确保整个网段上的交换机都能接收到来自根桥的BPDU，每条链路都会有一个指定端口。
3.通过调整端口优先级和桥ID来影响指定端口的选举过程，可以通过降低端口的路径成本或桥ID来增加其成为指定端口的概率。
4.路径成本越低、桥ID越小、端口ID越小的端口更有可能成为指定端口。
5.根桥端口均为指定端口。
6.每条链路上只有一个指定端口。

4、阻塞口

1.不被选为根端口或指定端口的其他端口将被阻塞，阻塞端口不参与数据传输。
2.Blocking阻塞端口是为了防止环路的形成，一旦网络拓扑发生变化，STP会重新计算生成树，可能会解除某些阻塞端口的状态，使其能够转发数据。
3.被堵塞的端口可能是：非根端口或非指定端口。

5、端口状态

1.Blocking阻塞：不转发，只收BPDU。
2.Listening监听：选角色，不学习MAC。
3.Learning学习：学习MAC，不转发。
4.Forwarding转发：正常收发数据。
5.Disabled禁用：手动关闭。
从Blocking阻塞到Forwarding转发，默认要30秒（15s监听 + 15s学习）。

6、BPDU

1.BPDU桥协议数据单元是STP协议中用于交换信息的协议报文，交换机之间通过BPDU报文交换信息，以确定网络拓扑结构和根桥的位置，BPDU主要有两种类型：配置BPDU和拓扑变更通知BPDU。
2.拓扑变更处理：当网络拓扑发生变化时，非根交换机会通过根端口发送TCN BPDU通知根桥，根桥会发送带有TC标志的BPDU，以通知整个网络拓扑结构发生变化。
3.报文中包含了一系列字段，用以承载生成树协议所需的信息：Root ID、Cost of Path、Bridge ID、Port ID、Message Age、Max Age、Hello Time。
4.Cost of Path通常与链路的带宽成反比，Cost与端口的带宽有关，带宽越大，Cost越小。
5.Port ID有助于识别网络中特定的端口，Port ID总共16bit。
6.Message Age记录了BPDU自发送以来的时间，用于计算BPDU的新鲜度。
7.Max Age指定了BPDU在网络中被认为是有效的最长时间或老化时间，默认值通常是20秒。
8.Hello Time指定了根桥发送BPDU的时间间隔，用于保持网络拓扑的稳定性，默认值通常是2秒。