技术简介

STP全称为生成树协议(Spanning Tree Protocol),是工作在二层网络上标准为IEEE802.1D的协议,主要作用是防止交换机网络中的冗余链路形成环路工作中形成广播风暴造成的低速网络。


STP所解决的问题:

1.防止网络中冗余链路循环产生的广播风暴
2.为网络提供冗余备份线路,提升安全性以及可靠性
3.在主线路端口正常时,其余端口将被阻塞。主线路断开时可以自动切换数据流至备份端口线路
4.防止MAC地址表震荡

STP选举根交换机的规则

STP选举最佳根交换机是通过Bridge ID(桥ID)进行的,选举后成为最佳的交换机也称之为根网桥



Bridge ID(BID) 的组成部分为:

  • Bridge Prioity(桥 优先级)
  • MAC-Address

Bridge Priority由 Priority of the VLAN 以及 VLAN-ID构成
在默认情况下Bridge Priority的优先级都为32768在各个VLAN上

各个设备分发送BPDU数据报文至其他设备通告自己的生成树版本号以及ID号匹配相同协议已开启的设备

在BPDU报文中会包含设备的Bridge ID
设备会优先从 Bridge Prioity进行比较 若有优先级数最小的设备会直接成为Root Bridge(根网桥)
若各个设备之间的优先级相同则匹配最小MAC地址的设备作为根网桥


一旦选举出了根交换机则在网络中有且只有这台交换机为根交换机


选举完根交换机后将继续下一步

选举通往根交换机的最佳路径及端口选举

根交换机产生后 其他的非根交换机会再次发送BPDU报文从而选举出一条通往根交换机的最佳路径。

在非根交换机上侧重于BPDU报文中的路径开销桥ID

同选举根交换机的过程,各个非根交换机也同样进行桥ID比对并将桥ID最小的非根交换机作为最佳路径的节点。
若敲ID都相同情况下将比较端口上链路开销。STP链路开销越小的链路将会成为最佳路径



STP选举的端口类型有三类:

  1. 根端口(RP-RootPort),交换机上最优的端口
  2. 指定端口(DP-DesignatedPort),通往根交换机链路上的最优端口
  3. 阻塞端口(ALT或AP-AlternatedPort)

RP:根端口主要作用在非根交换机上且每个非根交换机仅有一个RP端口,RP是非根交换机通往根交换机最近的一个端口。会接收以及发送BPDU报文

DP:指定端口是链路上离根桥最近的端口,会接收以及发送BPDU报文

AP:当端口并非RP或DP时候则会变为阻塞端口作为备份链路的端口 且不会发送BPDU报文


思科设备上的STP各链路上的开销值:

  • 4Mbps链路速率 —— STP Cost:250
  • 10Mbps链路速率 —— STP Cost:100
  • 16Mbps链路速率 —— STP Cost:62
  • 100Mbps链路速率 —— STP Cost:19
  • 1Gbps链路速率 —— STP Cost:4
  • 2Gbps链路速率 —— STP Cost:3
  • 10Gbps链路速率 —— STP Cost:2

链路开销的权重计算为:STP Cost + 到达对应交换机的端口号数值

例如在百兆链路上RP 到达根交换机DP 且对应交换机的端口为f0/6
那么此链路开销计算 = STP Cost值:19 + 对应交换机的端口号:6 =25。 25则为此线路的开销大小

因为端口选举需要比对各个非根交换机以及它们所在链路的开销进行。有了以上STP端口类型以及链路开销的概念就能方便的辨别各个端口的角色

端口选举以及选择最佳路径注意点如下:

  • 在根交换机上仅有DP端口角色来发送BPDU
  • 非根交换机有且只有一个RP端口
  • 若两台交换机之间存在冗余链路,以最小开销的链路产生RP和DP端口

端口辨别例子如下图所示:
生成树端口类型辨别.png

STP端口状态

STP端口状态变化流程:

STP Port State.jpg


生成树各协议类型及特点

STP Protocol Type.jpg

结尾

STP生成树理论部分比较复杂需要多多自行练习才可以达到熟练辨认端口角色和最佳路径。 文章可能难免会可能出现一些错误,若读者发现有问题欢迎评论指正修改,如果有地方描述不清晰的可以提出来 我尽量会写的明白一些

Last modification:April 8th, 2020 at 04:14 am
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