STP详解

STP详解

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Wednesday, March 5, 2014

一、 生成树协议

STP的主要任务是阻止在第2层网络（网桥或交换机）产生网络环路，它警惕的监视着网络中所有的链路，通过关闭任何冗余的接口来确保在网络中不会产生环路。STP采用生成树算法，它首先创建一个拓扑数据库，然后搜集并破坏掉冗余的链路

二、 生成树术语

根桥：根桥是桥ID最低的网桥

非根桥：除根桥外其他的网桥都是非根桥。

BPDU（桥协议数据单元）：交换机之间用来交互的信息，使用BPDU里面的参数进行对比，然后再传给某个邻居，并且放入他们从另外邻居收到的BPDU。

桥ID：桥ID是由优先级和MAC地址组合来决定的，STP利用桥ID来跟踪网络中所有的交换机。

根端口：直接连到根桥的链路所在端口，或者到根桥路径最短的端口。

指定端口：有最低开销的端口就是指定端口，指定端口被标记为转发端口。在根交换机上的每个端口都是指定端口。

非指定端口：开销比指定端口高的端口，它被置为阻塞状态。

转发端口：能够转发帧的端口。

阻塞端口：不能转发帧，但始终监听帧。

端口开销：两台交换机之间有多条链路且都不是根端口时，就根据端口开销来决定最佳路径，链路的开销取决于链路的带宽。

三、 根桥选举

桥ID用来选举根桥，，并决定根端口。桥ID为8个字节长，包括设备的优先级和MAC地址，默认所有的优先级都是32768 。若更改则要求为4096的倍数。

网络中的交换机默认都是每2秒发送一次BPDU，被发送到网桥/交换机的所有活动的端口上。桥ID最小的网桥就被选举为根桥。一般我们会手动将要作为根桥的交换机的优先级降低，这样会比较有效率。

四、 生成树端口状态

阻塞：无法转发帧，但是会监听。

侦听：侦听BPDU，确保在传送数据帧之前，网络上没有环路产生。处于此状态在没有形成mac地址表时，就准备转发数据帧。

学习：交换机端口侦听BPDU时并学习交换式网络中的所有路径。此时形成了mac地址表，但不能转发数据帧。转发延迟意味着将端口从侦听状态转换到学习状态所花费的时间，默认15秒。

转发：发送并能接收所有的数据帧，如果在学习状态结束时，端口仍然是制定端口或根端口，它就进入转发状态。

五、 实验部分

(一) 根桥的选举

实验拓扑图

连接好了之后我们可以清楚的看到S3的F0/12被阻塞了

1. 查看S1

2. 查看S2（它是根桥）

3. 查看S3

4. 查看S4

5. 修改S1的优先级，使其成为根桥

6. 此时的网络选举结果如下

7. 查看S1的信息（它已作为根桥）

8. 实验结论如下

a) 选举根桥时用优先级和mac地址作为依据。

b) 优先使用优先级作为选举依据。

c) 优先级小的被选举为根桥。

d) 优先级相同时mac值小的被选举成根桥。

(二) 探索1——优先级与阻塞端口

实验拓扑图

首先右图是左图的复制，照理说他们的阻塞端口（S4上）应该都是一样的，那么为什么在复制过去之后就成了这样的呢？

1. 查看有图中的CopyS1信息（它还是根桥，这个肯定的）

2. 查看右图CopyS2的信息

3. 查看右图CopyS3中的信息

4. 查看右图CopyS4中的信息

5. 通过将CopyS2和CopyS3的信息分析对比得到

6. 再次分析左图中S2和S3的信息

7. 修改左图S3的优先级（但要小于S1，因为它是根桥）

8. 同理修改右图CopyS2的优先级

9. 查看左图S3和右图CopyS2的信息

10. 实验结论

a) 端口阻塞的选择与上层交换机的优先级有关联

b) 优先比较的是上层优先级，优先级大的被阻塞

c) 上层优先级等同时比较mac地址，mac大的被阻塞

(三) 探索2——端口号与阻塞端口

实验拓扑图

上图中S1与S2连接，分别对应的端口为F0/1，F0/11，图中已经将根桥选举出来，并且阻塞了S2的F0/11端口。那么它又是如何进行选择的呢？

1. 为了使实验得以稳定，将S1手动指定为根桥，即修改它的优先级

2. 查看S2的信息

3. 借助探索1的结论，上层的优先级完全一样，我们先复制一份

4. 对比CopyS2和CopyS1（或者S1和S2），发现只有Prio.Nbr的值异样

5. 更换右图中S2的F0/1为F0/15，得下（无变化）

6. 更换左图中S1的F0/1为F0/15，如下（阻塞端口被改变了）

7. 实验结论可得

a) 端口阻塞的选择与根桥的接口有关系。

b) 在优先级等同的时候才会用上层交换机端口号做选择。（不一定是根桥）

c) 根桥接口号大的对应链路到下层交换机的端口会被阻塞。