生成树协议学习总结.docx

生成树协议学习总结目录1标准生成树协议 21.1 基本概念 21・2 BPDU格式 21.3 BPDU的优先级比较规则 31・4 端口状态 41・4 STP的工作过程 41.4.1 生成树初始化过程 41・4・2生成树对网络拓扑变化的响应过程 51・5 生成树端口状态转换图 62 快速生成树 72・1 新增概念 72.2 BPDU 格式 72・3握手过程 82.4根端口快速切换过程 82.5 拓扑变化过程 93 多生成树 93.1 多生成树的必要性 93.2 基本概念 103.3多生成树的运行规则 113.3.1 域内 113.3.2域间 111 标准生成树协议1.1 基本概念桥ID (Bridge Identifier)：桥ID由桥优先级和其MAC地址组成比如：某桥的优先级为 32768, MAC 为 00 00 02 01 00 20,那么其桥 ID 为 32768 - 00 00 02 01 00 20 根桥(Root Bridge)：具有最小桥ID的交换机是根桥根端口(Root Port)：到根桥路径开销最低的端口为根端口每台桥都有一个根端口，根 桥除外指定桥(Designated Bridge)：在每个网段中，到根桥的路径开销最低的桥为指定桥。

路径开销(Path Cost):这是一个可变的参数，它随生成树中的设定值的变化而变化依 据生成树算法(Spanning Tree Algorithm， STA)的默认参数值，每个千兆网段有一个指定 的路径开销值为4，百兆网段的路径开销值为19，十兆网段的路径开销值为100.根路径开销(Root Path Cost): 一台桥的根路径开销就是根端口的路径开销与数据包经过 的所有交换机的根路径开销之和根桥的根路径开销是零桥优先级(Bridge Priority):是一个用户可以设定的参数，数值范围从0到32768 (只能 是 4096的倍数)设定的值越小，优先级越高端口优先级(Port Priority):数值范围从0到255 (只能是16的倍数)，值越小，端口的 优先级就越高端口 ID (Port Identifier):由端口优先级和端口号组成指定端口( Designated Port):处于转发状态的，不能通往根桥的端口呼叫时间(Bridge Hello Time):数值范围从1秒到10秒是根桥向其它所有交换机发出 BPDU数据包的时间间隔，以告知其它所有交换机它是根桥桥最大老化时间(Bridge Max.Age):数值范围从6秒到40秒(默认值是20秒)。

如果在 超出最大老化时间之后，还没有收到根桥发出的BPDU数据包，那么，在允许的条件下你 的交换机将充当根桥向其它所有的交换机发出 BPDU 数据包如果交换机确实具有最小的 桥标识级数，那么它将随之成为根桥转发延时(Forward Delay)：表示在拓扑改变后，网桥在发送数据包前维持在监听和学习 状态的时间，默认值为 15秒1.2 BPDU 格式要实现生成树的功能，网桥之间必须进行一些信息的交流，这种信息交流单元称为 桥协议数据单元 BPDU(Bridge Protocol Data Unit) STP BPDU 是一种二层报文，目的 MAC是多播地址01 80 C2 00 00 00,所有支持STP协议的网桥都会接收和处理该报文BPDU 分为两种类型，包含配置信息的 BPDU 包称为配置 BPDU(Configuration BPDU)，当检测到网络拓扑结构变化时则要发送拓扑变化通知BPDU (Topology Change Notification BPDU，简称TCN)配置BPDU编码如下图所示：0 1 2 .3 斗 5 6 7 3协仪标识.协谏版本 BPDU^型标志位根桥ID根路径开销祈1D端口 ID '■BPDU消息生存时间 'EPDU最大老化时间发送EPDU周期转炭延时协议标识（Protocol Identifier）：为 0x00。

协议版本（Version）：标准生成树为0BPDU类型（Message type）：为 0x0标志位（Flag）：占一个字节，但是只用了第0位和第7位TC位（第0位）置1表示有 拓扑改变，TCA位（第7位）置1表示对收到的TCN进行确认，TC位和TCA位都置1即 为TCN，指定桥给根桥发送的拓扑改变通知根桥ID（Root ID）：由两个字节的优先级和6字节的MAC地址构成根路径开销（Root Cost）：占用四个字节桥ID（Bidge ID）：表示发送BPDU的桥的ID端口 ID（Port ID）：发出BPDU的端口标识BPDU消息生存时间（Massage Age）： BPDU消息生存时间BPDU最大老化时间（Max. Age）：当前BPDU的最大老化时间，即端口保存BPDU的最长 时间转发时延（Forward Delay）：配置消息传播到整个网络的最大时延拓扑变化通知BPDU（TCN）编码如下图所示：0 1 -2 3 4协垃标识协议版本BPDU类型对于配置BPDU，超过35字节以外的字节将被忽略掉，对于拓扑变化通知BPDU， 超过 4个字节以外的字节将被忽略掉1.3 BPDU的优先级比较规则在生成树协议中，每台网桥都通过比较配置BPDU的优先级来决定自己所扮演的角 色和各个端口的状态。

因此，如何比较配置 BPDU 的优先级是生成树协议中的一项重要内 容首先，比较根桥ID,根桥ID小的配置BPDU优先级高其次，比较根路径开销， 根路径开销小的配置BPDU优先级高再次，比较发送该配置BPDU的网桥ID,桥ID小 的配置BPDU优先级高最后，比较发送该配置BPDU的端口 ID,端口 ID小的配置 BPDU优先级高用以上规则可以比较出交换网络中任意两个配置BPDU的优先级高低1.4 端口状态禁用（Disabled）：端口不能收发任何报文通常无连接的端口都处于禁用状态 阻塞（Blocking）：端口仅能接收BPDU,需要20秒（桥最大老化时间），改变这种状态 监听（Listening）：端口不能接收和转发数据，不进行地址学习，但是可以接收和发送 BPDU该状态持续15秒（Forward Delay）,用于完成选举根桥，选举非根桥上的根端口 以及各网段上的指定端口的工作学习（Learning）：为了防止旧的拓扑结构中处于转发的端口没有发现自己应该在新的拓扑 中应停止转发，而继续转发造成临时环路问题，在端口从阻塞到转发状态中间再加上一个 学习状态处于该状态的端口不接收和转发数据，但是可以接收和发送BPDU，并进行地 址学习。

该状态维持15秒（Forward Delay）转发（Forwarding）：接收并转发数据，接收并转发BPDU，进行地址学习1.4 STP的工作过程STP 协议的工作可分为“生成树初始化”和“生成树对网络拓扑变化的响应”两个 过程1.4.1生成树初始化过程1） 选举根桥开始时，所有网桥都认为自己是根桥，并向其所有端口发送BPDU当根桥收到其 它桥发送的BPDU时，会比较该BPDU的根桥ID与自己的桥ID大小，若自己的根桥ID 较大，则不再认为自己是根桥，并转发该BPDU ；若自己的根ID较小，则丢弃该BPDU， 不做任何处理这样的做的结果是，只有一台网桥认为自己是根桥，其它所有的网桥都转 发根桥的 BPDU2） 确定根端口所有收到BPDU的端口都有可能成为根端口，但是一台交换机最多只有一个根端口 （根桥没有根端口）如果有两个或两个以上的端口都收到了 BPDU，那么就选择收到 BPDU优先级高的端口为根端口确定根端口以后，其它收到 BPDU的端口将被置于Blocking状态，根端口将处于Forwarding状态根端口只接收BPDU不转发BPDU3） 确定指定端口 指定端口是通过逐个考查与端口相连的网段来确定的，选择指定端口的依据首先是路径成本，路径成本低的端口将成为指定端口，根交换机的所有端口都是指定端口（除非 根交换机自身存在环路），因为根交换机的路径成本值为 0。

在路径成本值相同的情况下， 再比较交换机的桥 ID 值，桥 ID 值小的将成为指定端口，否则将成为非指定端口．指定端 口通常处于转发状态4） 下图是一个网络拓扑：桥ID: 4096 - 01 21 58 00 00 00桥ID: 32768 - 00 01 58 00 00 00根据生成树协议，该拓扑的生成树如下图所示：1.4.2 生成树对网络拓扑变化的响应过程1）某个端口从 Learning 状态转变为 Forwarding 状态的响应过程 当一台网桥（非根桥）的某个端口从 Learning 状态转变为 Forwarding 状态时，它即认 为拓扑有了变化，立刻从其根端口发送一个TCN它的上级网桥，收到该TCN,将其从根 端口转发出去如此类推，直到该BPDU到达根桥根桥接收到TCN，立刻从接收到该 BPDU的端口返回一个TCA标志位和TC标志位都置1的BPDU然后又每隔2秒（Hello Time）向其所有指定端口发送TCA置0，TC置1的BPDU （这种BPDU可简称为TC）， 持续35秒（Max. Age + Forward Delay）若TCN丢失或得不到回复，则根端口每个2秒发 送一个TCN,持续35秒。

指定桥收到TC,向其所有指定端口转发该TC,当根桥不再发 送TC时，指定桥自己产生TC，并发送35秒指定桥的下一级网桥也会做相同的事情， 所以越底层的网桥发送TC的时间也越长，并且比上一级网桥多发35秒所有收到TC的 网桥都将自己的MAC地址老化时间减少为15秒（Forward Delay）若根桥的某个端口从Learning状态转变为Forwarding状态，它将直接发送TC,而不 会发送 TCN端口状态只有从Learning转变为Forwarding时，网桥才会发送TCN或TC2） 若网桥在Max Age时间内没有从任何端口接收到BPDU，该网桥将以声明自己为 根桥来响应响应过程与“生成树初始化过程”一致3） 若网桥的根端口接收不到BPDU，但却可以从其它端口接收到BPDU那么将从接 收到BPDU的端口选取一个根端口，其选取过程参见“生成树初始化过程”4） 若网桥原来Disabled的端口转变为Listening端口，并接收到BPDU，则按照端口 角色确定的规则（参见生成树初始化过程），重新确定各端口的角色（ Blocking 或 Forwarding）1.5生成树端口状态转换图端口状态转变的条件如下：1 、断开链接2、 链接上某台设备。

3、 端口成为指定端口或根端口4、 拓扑有新的变化，端口已不再是指定端口或根端口5、 端口的角色没有变化，经过Forward Delay延时6、 拓扑有新的变化，端口角色不再是根端口或指定端口7、在经过经过 Forward Delay 延时之前，端口角色发生改变，不再是根端口或指定端 口2 快速生成树标准生成树虽然解决了二层交换网络的环路问题，但是其较长的收敛时间对现在的音/ 视频等网络服务来说是不能忍受的，特别是在网络拓扑经常改变的情况下快速生成树协 议 RSTP 在生成树协议 STP 的基础上做了三点重要的改进，使得收敛速度快的多(最快 1 秒以内)第一点改进：为根端口和指定端口设置了快速切换用的替代端口( Alternate Port)和 。