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1、STP 简介D3 生成树的状态InjxITS. 1&.2.EreBainglilttFhaif 若niinlnp-t尸日匂 interface JF夙呂tEli片n音t 0/1Poptftclredn Port Fas t : disabled PartOpsrP口曲 t - Di右 dJbledl Poij-tifld.rtinLinkTpR nutn Poi-tOperLlinkT ypa : uroint-to-point OrtHFlIUGLidirds Uisrtb(iruirillrflifc-5 it iuit1!； : 1Pfiif-itflririiniPnlthCiii i
2、t fl PoptOperPathCost = 260906 lortH 交艇机DdD4Shew沖冊亦口日代匕祜忙rkitvhemEl（V1 （显示交换机按I】faeLhrmeLQ/l |內秋惡）Show spannin-treE intodacc fastcchcructO/Z （显示：疋换机扌妾口 fastethenietO/2 的状患 J1. STP 的用途STP （Spanning Tree Protocol，生成树协议）是根据IEEE协会制定的802.1D 标准建立的，用于在局域网中消除数据链路层物理环路的协议。运行该协议的设 备通过彼此交互信息发现网络中的环路，并有选择的对某些端口
3、进行阻塞，最终 将环路网络结构修剪成无环路的树型网络结构，从而防止报文在环路网络中不断 增生和无限循环，避免设备由于重复接收相同的报文造成的报文处理能力下降的 问题发生。STP包含了两个含义，狭义的STP是指IEEE 802.1D中定义的STP协议，广义的 STP是指包括IEEE 802.1D定义的STP协议以及各种在它的基础上经过改进的生 成树协议。2. STP 的协议报文STP采用的协议报文是BPDU(Bridge Protocol Data Unit,桥协议数据单元)， 也称为配置消息。STP通过在设备之间传递BPDU来确定网络的拓扑结构。BPDU中包含了足够的信 息来保证设备完成生成树
4、的计算过程。BPDU 在 STP 协议中分为两类：. 配置BPDU (Configuration BPDU):用来进行生成树计算和维护生成树拓 扑的报文。. TCN BPDU(Topology Change Notification BPDU :当拓扑结构发生变化 时，用来通知相关设备网络拓扑结构发生变化的报文。3. STP 的基本概念(1) 根桥树形的网络结构，必须要有树根，于是STP引入了根桥(Root Bridge)的概念。根桥在全网中只有一个，而且根桥会根据网络拓扑的变化而改变，因此根桥并不 是固定的。网络收敛后，根桥会按照一定的时间间隔产生并向外发送配置BPDU，其它的设 备对该配置
5、 BPDU 进行转发，从而保证拓扑的稳定。(2) 根端口所谓根端口，是指一个非根桥的设备上离根桥最近的端口。根端口负责与根桥进 行通信。非根桥设备上有且只有一个根端口。根桥上没有根端口。(3) 指定桥与指定端口指定桥与指定端口的含义，请参见表 1 的说明。表 1 指定桥与指定端口的含义分类指定桥指定端口对于台设备而言与本机直接相连并且负责向 本机转发配置消息的设备指定桥向本机转发配 置消息的端口分类指定桥指定端口对于个局域网 而言负责向本网段转发配置消息 的设备指定桥向本网段转发 配置消息的端口指定桥与指定端口如图1所示，API、AP2、BP1、BP2、CPI、CP2分别表示设备 Device
6、 A、 Device B、 Device C 的端口。. Device A通过端口 AP1向Device B转发配置消息，则Device B的指定桥 就是Device A,指定端口就是Device A的端口 AP1；.与局域网LAN相连的有两台设备：Device B和Device C,如果Device B负责向LAN转发配置消息，则LAN的指定桥就是Device B，指定端口就是Device B 的 BP2。Davlum Acvsce BDevice C图 1 指定桥与指定端口示意图ffl说明：根桥上的所有端口都是指定端口。(4) 路径开销路径开销是STP协议用于选择链路的参考值。STP协议通
7、过计算路径开销，选择 较为“强壮”的链路，阻塞多余的链路，将网络修剪成无环路的树型网络结构。4. STP 的基本原理STP 通过在设备之间传递 BPDU 来确定网络的拓扑结构。配置消息中包含了足够 的信息来保证设备完成生成树的计算过程，其中包含的几个重要信息如下：根桥ID：由根桥的优先级和MAC地址组成; 根路径开销：到根桥的最短路径开销； 指定桥ID：由指定桥的优先级和MAC地址组成； 指定端口 ID：由指定端口的优先级和端口名称组成； 配置消息在网络中传播的生存期： MessageAge； 配置消息在设备中能够保存的最大生存期：Max Age； 配置消息发送的周期： Hello Time
8、； 端口状态迁移的延时： Forward Delay。ffl说明：为描述方便，在下面的描述及举例中仅考虑配置消息的其中四项内 容： 根桥ID （以设备的优先级表示）； 根路径开销；指定桥ID （以设备的优先级表示）；指定端口 ID （以端口名称表示）。（1） STP 算法实现的具体过程 初始状态各台设备的各个端口在初始时会生成以自己为根桥的配置消息，根路径开销为 0,指定桥ID为自身设备ID,指定端口为本端口。 最优配置消息的选择各台设备都向外发送自己的配置消息,同时也会收到其它设备发送的配置消息最优配置消息的选择过程如表 2 所示。表 2 最优配置消息的选择过程步骤内容1每个端口收到配置消息
9、后的处理过程如下：当端口收到的配置消息比本端口配置消息的优先级低时，设 备会将接收到的配置消息丢弃，对该端口的配置消息不作任何 处理。当端口收到的配置消息比本端口配置消息的优先级高时，设 备就用接收到的配置消息中的内容替换该端口的配置消息中的 内容。2设备将所有端口的配置消息进行比较，选出最优的配置消息。ffl说明：配置消息的比较原则如下：根桥ID较小的配置消息优先级高；若根桥ID相同，则比较根路径开销，比较方法为：用配置消息 中的根路径开销加上本端口对应的路径开销，假设两者之和为 S， 则S较小的配置消息优先级较高；若根路径开销也相同，则依次比较指定桥ID、指定端口 ID、接 收该配置消息的
10、端口 ID等，上述值较小的配置消息优先级较高。 根桥的选择网络初始化时，网络中所有的STP设备都认为自己是“根桥”，根桥ID为自身 的设备ID。通过交换配置消息，设备之间比较根桥ID，网络中根桥ID最小的设 备被选为根桥。 根端口、指定端口的选择根端口、指定端口的选择过程如表 3 所示。表 3 根端口和指定端口的选择过程步骤内容1非根桥设备将接收最优配置消息的那个端口定为根端口步骤内容2设备根据根端口的配置消息和根端口的路径开销，为每个端口计 算一个指定端口配置消息：根桥ID替换为根端口的配置消息的根桥ID；根路径开销替换为根端口配置消息的根路径开销加上根端口 对应的路径开销；指定桥ID替换为
11、自身设备的ID；指定端口 ID替换为自身端口 ID。3设备使用计算出来的配置消息和需要确定端口角色的端口上的 配置消息进行比较，并根据比较结果进行不同的处理：如果计算出来的配置消息优，则设备就将该端口定为指定端 口，端口上的配置消息被计算出来的配置消息替换，并周期性向 外发送；如果端口上的配置消息优，则设备不更新该端口的配置消息 并将此端口阻塞，此端口将不再转发数据，只接收但不发送配置 消息。ffl说明：在拓扑稳定状态，只有根端口和指定端口转发流量，其它的端口都处 于阻塞状态，它们只接收 STP 协议报文而不转发用户流量。一旦根桥、根端口、指定端口选举成功，则整个树形拓扑就建立完毕了。下面结合
12、例子说明STP算法实现的计算过程。具体的组网如图2所示，Device A 的优先级为0，Device B的优先级为1，Device C的优先级为2,各个链路的路 径开销分别为 5、10、4。Devg C Y旳箋2图 2 STP 算法计算过程组网图各台设备的初始状态各台设备的初始状态如表 4 所示表 4 各台设备的初始状态设备端口名称端口的配置消息Device AAPI0, 0, 0, APIAP20, 0, 0, AP2Device BBP11, 0, 1, BP1BP21, 0, 1, BP2Device CCPI2, 0, 2, CP1CP22, 0, 2, CP2 各台设备的比较过程及结
13、果各台设备的比较过程及结果如表 5 所示表 5 各台设备的比较过程及结果设备比较过程比较后端口的配 置消息设备比较过程比较后端口的配 置消息DeviceA端口 API收到Device B的配置消息 1, 0, 1, BP1, Device A 发现本端口 的配置消息0, 0, 0, AP1优于接收到的 配置消息，就把接收到的配置消息丢弃。端口 AP2收到Device C的配置消息 2, 0, 2, CP1, Device A 发现本端口 的配置消息0, 0, 0, AP2优于接收到的 配置消息，就把接收到的配置消息丢弃。.Device A发现自己各个端口的配置消 息中根桥和指定桥都是自己，则认为自己 是根桥，各个端口的配置消息都不作任何 修改，以后周期性的向外发送配置消息。AP1： 0, 0, 0,AP1AP2： 0, 0, 0,AP2DeviceB端口 BP1收到来自Device A的配置消 息0, 0, 0, API, Device B 发现接收 到的配置消息优于本端口
