网络初级篇之STP（BPDU详解与STP故障恢复）

一、BPDU包含的参数

　

　　通过STP的原理，我们学习了红色部分的字段（根桥ID、根路径开销、桥ID、端口ID）。现在讲解一下黄色部分的字段（类型、计时器、老化时间、访问时间）

1、（BPDU Type）BPDU类型

　　BPDU报文共有两种类型：配置BPDU与TCN BPDU。一般情况下，配置BPDU是根桥发送给各个桥的报文；而TCN BPDU是当网络拓扑中的桥发现网络拓扑发生变化时，向根桥发送的报文。

2、计时器

　　BPDU报文在网络中的生存周期（配置BPDU报文每经过一台桥设备，报文老化时间+1）

3、最大老化时间

　　BPDU报文在网络中最大的老化时间（当报文老化时间大于最大老化时间时，BPDU报文将被丢弃。桥设备将根桥看做不可用前保留根ID的最大时间。最大老化时间可修改，默认为20秒）

4、访问时间

　　根桥经过特定的时间向其他桥设备发送BPDU报文，为STP生成树包活，这一特定的时间就是访问时间（每间隔2秒一次）

5、转发延时

　　端口状态改变时所需要的时间（30秒）

二、常碰到的问题

1、根桥故障时

　　

　　当根桥发生故障时，不会再向其他桥设备发出配置BPDU报文。当非根桥没有收到根桥发出的配置BPDU报文后，会等待一个最大老化时间（默认时间20秒）。当到达最大老化时间后，非根桥会认为根桥网络不可达（根桥故障），使原本阻塞的端口会由阻塞状态（阻塞状态只接收对端发送的配置BPDU报文，不能发送BPDU；不能参与数据的转发）变为监听状态（监听状态是选举根与各个端口类型的状态，此时依旧不能参与数据的转发），此变化过程需要15秒的时间。之后，端口状态由监听状态变为学习状态（此过程需要15s的时间）。处于学习状态的端口可以学习接收到的数据中的MAC地址，此时依旧不能转发数据。再次经过15秒后，端口状态由学习状态变化为转发状态，此时，端口恢复数据的转发。

　　从上面可以看出：在STP中，当根桥出现故障时，会自动重新选举新的根桥与各个端口（根端口、指定端口、阻塞端口）。经过（20秒+15秒*2=50秒）的时间才会恢复数据的转发。

2、直连链路发送故障

　　

　　当上图的链路发生故障时，由于另外一条链路仍然可以收到根桥发出的配置BPDU报文，所有LSW2会立刻知道链路发生问题。原本的阻塞端口会变成监听状态，在变为学习状态，最后变为转发状态，整个过程会用2*15秒=30秒的时间。

　　从上面可以看出：在STP中，当直连链路发生故障时，需要经过30秒的时间才会恢复网络数据的转发。

3、非直连链路发生故障

　　

　　当上图链路发生故障时，LSW2会感知到链路发生故障，会以自己为根桥给LSW3发送配置BPDU报文。当LSW3收到LSW2的配置BPDU报文后，与收到根桥（LSW1）的配置BPDU报文进行对比，对比发现LSW2发送的配置BPDU报文不是最优的，便不理会。当LSW3经过一个最大老化时间（默认20秒）后，LSW3上的阻塞端口由于收不到来自根桥的配置BPDU，便由阻塞状态转换为转发状态，将根桥的配置BPDU报文发送给LSW2。当LSW2收到根桥的配置BPDU报文后，与自己的配置BPDU报文进行对比。发现不是最优配置BPDU报文，然后进行端口收敛。整个过程会持续（20秒+2*15秒=50秒）的时间。

　　从上面可以看出：在STP中，当非直连链路发生故障时，需要经过50秒的时间才会恢复数据的转发。

三、TCN TC TCA 与MAC地址表

　　MAC地址表的默认老化时间为300秒，当网络拓扑发生变化，桥设备的端口可能发生变化，相应的MAC地址表可能会发生错误（MAC地址表中记录MAC地址与端口对应错误）。

　　当网络拓扑发生变化时，出现变化或者发现链路发生故障的桥设备会向外发送TCN BPDU报文，而接受到TCN BPDU的设备会向TCN BPDU报文的发送端发送TCA BPDU报文进行应答，并且会向外继续发送TCN BPDU报文。当根桥接收到TCN BPDU报文后，会向外发送TC BPDU报文，以告知所有的桥设备网络拓扑发生改变。接收到TC BPDU报文的桥设备，MAC地址表的老化时间由300秒（默认）自动修改为15秒（华为设备为5秒，没试验，不确定）。

四、BPDU扩展