stp理論基礎01-背景及概念
一、 stp出現的背景：
stp 是乙個用於區域網中消除環路的協議。執行該協議的裝置通過彼此互動資訊而發現網路中的環路，並適當對某些埠進行阻塞以消除環路。
首先了解環路造成的危害如下：
1.廣播風暴
2.mac位址表**
3.網路中的主機會收到重複的資料幀
二、 stp基礎概念：
一根橋、兩度量、三要素、四比較、五角色;
1、 一根橋：
對於乙個 stp 網路，根橋在全網中只有乙個，它是整個網路的邏輯中心，但不一定是物理中心。根橋會根據網路拓撲的變化而動態變化。
網路收斂後，根橋會按照一定的時間間隔產生並向外傳送配置 bpdu，其他裝置僅對該報文進行處理，傳達拓撲變化記錄，從而保證拓撲的穩定。
根橋的選舉規則：
比較橋id：越小越優先
橋id分為兩部分：
1.橋優先順序(預設為32768)越小越優先
2.mac位址，越小越優先
2、 兩度量：
1)、橋id(bridge id)：
ieee 802.1d 標準中規定 bid 是由 16 位的橋優先順序(bridge priority)與橋 mac 位址構成。 bid 橋優先順序佔據高 16 位，其餘的低 48 位是 mac 位址。在 stp 網路中，橋 id 最小的裝置會被選舉為根橋。
2)、埠id(port id)：
pid 由兩部分構成的，高 4 位是埠優先順序，低 12 位是埠號。
3、 三要素：
從環形網路拓撲結構到樹形結構，總體來說有三個要素：根橋、根埠和指定埠。
1)、根橋 rb(root bridge)：
根橋就是網橋 id 最小的橋，通過互動配置 bpdu 協議報文選出最小的 bid。
2)、根埠 rp(root port)：
根埠就是去往根橋路徑開銷最小的埠，根埠負責向根橋方向**資料，這個埠的選擇標準是依據根路徑開銷判定。在乙個執行 stp 協議的裝置上根埠有且只有乙個，根橋上沒有根埠。
3)、指定埠 dp(designated port)：
對一台交換裝置而言，它的指定埠是向下游交換裝置**bpdu報文的埠。
注：在拓撲穩定後，只有根埠和指定埠**流量，其他的非根非指定埠都處於阻塞(blocking)狀態，它們只接收 stp 協議報文而不**使用者流量。
4、 四比較：
stp 選舉有四個比較原則，構成訊息優先順序向量： 。
1)、根橋 id：
每個 stp 網路中有且僅有乙個根。
2)、累計根路徑開銷：
傳送配置 bpdu 的埠到根橋的距離，決定了到根橋的路徑開銷。用來在非根橋上選擇根埠。
3)、傳送裝置 bid：
傳送配置 bpdu 的裝置的 bid。當一台執行 stp 協議的裝置要在兩個以上根路徑開銷相等的埠之中選擇根埠時，通過 stp 協議計算，將選擇接收到的配置訊息中傳送者 bid 較小的那個埠。
4)、傳送埠 pid：
發出配置 bpdu 的埠的 pid。用於在根路徑開銷相同的情況下，不阻塞最小 pid 的埠，而是阻塞 pid 值較大的埠。
5、 五角色：
執行stp協議的裝置上埠狀態有如下五種：
1)、disabled：
沒有使能stp或者介面down，埠不僅不處理 bpdu 報文，也不**使用者流量。
2)、listening：
監聽狀態，確定埠角色，就是一堆選舉(選舉出根橋、根埠和指定埠)。
3)、learning：
學習狀態，裝置會根據收到的使用者流量構建 mac 位址表，但不**使用者流量。(防止臨時環路)
4)、blocking：
接受並處理收到的bpdu，埠僅僅接收並處理 bpdu，但不**使用者流量。
5)、forwarding：
**流量，埠既**使用者流量也處理 bpdu 報文。
在stp中，影響埠狀態和埠收斂的3個引數;
1)、hello time：
執行 stp 協議的裝置傳送配置訊息 bpdu 的時間間隔，用於裝置檢測鏈路是否存在故障。裝置每隔 hello time 時間會向周圍的裝置傳送 hello 報文，以確認鏈路是否存在故障。
當網路拓撲穩定之後，該計時器的修改只有在根橋修改後才有效。新的根橋會在發出的 bpdu報文中填充適當的字段以向其他非根橋傳遞該計時器修改的資訊。但當拓撲變化之後， tcn bpdu 的傳送不受這個計時器的管理。
2)、forward delay：
裝置狀態遷移的延遲時間。鏈路故障引發生成樹的重新計算，新計算得到的配置訊息無法立刻傳遍整個網路，如果新選出的根埠和指定埠立刻就開始**資料，可能造成臨時環路。因此，stp 採用了一種狀態遷移機制，新選出的根埠和指定埠要經過 2倍的 forward delay延時後才能進入**狀態，這個延時保證了新的配置訊息傳遍整個網路，從而防止了臨時環路的產生。
注：forward delay timer 指乙個埠處於 listening 和 learning 狀態的各自持續時間，預設是 15秒。
3)、max age：
埠的 bpdu 報文老化時間。
max age 通過配置 bpdu 報文的傳輸，可保證 max age 在整網中一致。執行 stp 協議的網路中非根橋裝置收到配置 bpdu 報文後，報文中的 message age 和 max age 會進行比較：
a、如果 message age 小於等於 max age，則該非根橋裝置繼續**配置 bpdu 報文。
b、如果 message age 大於 max age，則該配置 bpdu 報文將被老化。該非根橋裝置直接丟棄該配置 bpdu，可認為網路直徑過大，導致根橋連線失敗。
注：如果配置 bpdu 是根橋發出的，則 message age 為 0。否則， message age 是從根橋傳送到當前橋接收到 bpdu 的總時間，包括傳輸延時等。實際實現中，配置 bpdu 報文經過乙個橋，message age 增加 1。
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