STP-1 STP基礎知識
STP基礎知識
一、 橋接環路的影響及STP的引入
在生產網絡中，為了讓鏈路存在冗余，在兩個相連的設備間可能存在兩條或多條鏈路。而這樣，在沒有生成樹的情況下，會引起一些問題，下面我們通過一個拓撲來看看橋接環路會存在什麽問題。
假設網絡拓撲全部剛通電，現在PC1向PC2發送一個數據包，
1. 由於設備剛通電，交換機是沒有MAC地址表的，所以交換機收到PC1（MAC 0011.111.1111）的數據包後，會將PC1與其對應端口綁定，形成一個MAC地址表的條目。
2. 接著，交換機查看數據幀，發現目的MAC地址為FFFF.FFFF.FFFF，交換機查詢自己的MAC地址表，沒有發現有相應的條目，於是，交換機將這個進行一次ARP廣播，將這個數據幀從同一個VLAN內的其他接口轉發出去，如果Trunk接口允許這個VLAN數據包通過，也會發送這個ARP包。
3. 交換機LSW1的G0/0/24接口收到這個數據幀以後，會將它從G0/0/1接口轉發，LSW2的G0/0/1接口收到數據幀，由於它也沒有關於MAC地址FFFF.FFFF.FFFF的表項，它也會將這個數據幀轉發到接口G0/0/2，接下來交換機LSW1的接口G0/0/2也會收到這一個數據幀，這個幀的源MAC地址是1111.1111.1111。交換機LSW1會將MAC地址0011.1111.1111和端口G0/0/2進行綁定，這樣，就引起了MAC地址表的不穩定。
4. 交換機LSW1收到的LSW2發過來的數據幀以後，它又會進行轉發，一直循環，這個，就引起了廣播風暴。
5. 不止這樣，在第3步發生的同時，交換機也會將這個數據幀從G0/0/2進行轉發，交換機LSW2會接到這個數據幀的第二個份，這樣，引起了多幀復制的問題。
為了解決二層橋接的問題，科學家們設計出來了STP協議。
二、 STP的概念和端口角色
STP協議中文名稱叫生成樹協議，它通過STP算法，在二層網絡中可以計算出一個無環的網絡，具體的做法是，它可以阻塞掉網絡中冗余的鏈路，而拓撲發生變化時，又可以及時將被阻塞的鏈路啟用起來工作。下面我們來了解一下STP的一些基本概念。
1. 根橋：在一個二層網絡中，具有最小橋ID的交換機成為根橋。橋ID由兩個項組成：優先級+MAC地址，優先級是16位的數字，以4096為步長，取值範圍0-65535。在一個二層網絡中，只有一個根橋。
2. 根端口：每一個非根交換機需要選擇一個根端口，這個根端口是指交換機上能夠收到最優BPDU的端口。它的選擇過程如下：首先，比較接收到的BPDU的橋ID，橋ID越小越優先；如果接收到的橋ID相同，則比較到達根橋的開銷，開銷越小越優先，如果開銷值也一樣，則比較發送BPDU的上遊交換機的橋ID，越小越優先；如果發送者橋ID相同，則比較發送者的端口ID，端口ID越小越優先；如果前面的條件都相同，則比較交換機擬用於根端口選舉的端口本身的ID，本身的端口ID越小越優先。
3. 指定端口：每一個網段（沖突域）需要選擇一個端口做為指定端口，指定端口為每個網段轉發發往根交換機的數據，也轉發從根交換機發往本網段的數據。指定端口的選擇，先比較網段兩端的端口去往根橋的COST，越小越優先；如果COST一致，則比較該端口所屬於交換機的橋ID，橋ID越小越優先；如果端口所屬的橋ID一致，則比較端口ID，越小越優先。
4. 預備端口：當交換機上根端口和指定端口選舉完成以後，其余的端口就成為了預備端口，預備端口是處於discarding狀態的。
三、 STP的五種狀態
1. disabled：當一個接口處於shutdown狀態，它的STP狀態為disabled。 不參與STP運算，不轉發BPDU，不學習MAC地址，不轉發數據包。
2. listening：當一個接口被啟用，或者端口角色從alternate變成root 或者 designated端口時，它會過渡到偵聽狀態。參與STP運算，轉發BPDU，不學習MAC地址，不轉發數據包。
3. learnning：當一個接口處於偵聽狀態，經過15秒的轉發延遲，端口角色沒有發生變換為預備端口，它將過濾到學習狀態，參與STP運算，轉發BPDU，學習MAC地址，不轉發數據包。
4. forwarding：當接口從學習狀態經過15秒的轉發延遲，端口角色沒有變換為預備端口，那麽它將過渡到轉發狀態，轉發狀態的接口，參與STP運算，轉發BPDU，學習MAC地址，轉發數據包。
5. blocking：當一個端口被選舉為預備端口時，這個端口將轉換為blocking狀態，接收並處理BPDU，但不發送BPDU，不學習MAC地址，為轉發數據幀。
四、STP的cost值
思科路徑器的路徑開銷計算機有兩種方法
一種是傳統的802.1D算法，即100M為19，1000M為4 ，10G為2
第二種是新的算法，即802.1t，100M為200，000，1G帶寬為20000，10G帶寬為2000
默認情況下，思科路由器spanning-tree pathcost method long/short來區分。 長格式即802.1T，短格式即802.1D
Port Speed | Link Type | Path Cost | ||
802.1D-1998 | 802.1T | Legacy | ||
0 | 65,535 | 200,000,000 | 200,000 | |
10Mbps | Half-Duplex | 100 | 2,000,000 | 2,000 |
Full-Duplex | 99 | 1,999,999 | 2,000 | |
Aggregated Link 2 Ports | 95 | 1,000,000 | 1,800 | |
Aggregated Link 3 Ports | 95 | 666,666 | 1,600 | |
Aggregated Link 4 Ports | 95 | 500,000 | 1,400 | |
100Mbps | Half-Duplex | 19 | 200,000 | 200 |
Full-Duplex | 18 | 199,999 | 200 | |
Aggregated Link 2 Ports | 15 | 100,000 | 180 | |
Aggregated Link 3 Ports | 15 | 66,666 | 160 | |
Aggregated Link 4 Ports | 15 | 50,000 | 140 | |
1000Mbps | Full-Duplex | 4 | 20,000 | 20 |
Aggregated Link 2 Ports | 3 | 10,000 | 18 | |
Aggregated Link 3 Ports | 3 | 6,666 | 16 | |
Aggregated Link 4 Ports | 3 | 5,000 | 14 | |
10Gbps | Full-Duplex | 2 | 2,000 | 2 |
Aggregated Link 2 Ports | 1 | 1,000 | 1 | |
Aggregated Link 3 Ports | 1 | 666 | 1 | |
Aggregated Link 4 Ports | 1 | 500 | 1 |
華為交換機，默認使用的是802.1t的值
思科默認采用的802.1d，新款交換機采用的長格式
華三默認使用的是私有格式
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