STP
STP（802.1D）
RSTP（802.1W）
MSTP（802.1S） 华为设备默认开启是MSTP
STP（802.1D）
BPDU字段信息：
- Protocol：协议版本
- version：STP版本
- STP 值为0
- RSTP 值为2
- MSTP 值为3
- BPDU type
- congifuration bpdu 拓扑BPDU 2s发送一次
- topology bpdu ：拓扑发生变化时发送的bpdu
- 802.1w/s bpdu
- flags
- 标签位；只用到第一位和第七位
- TCA 置 1：拓扑确认
- TC 置 1：通告全网交换机拓扑发生变化
- RID：根桥的BID（优先级+mac地址）
- RPC：到根桥累计开销之和
- BID：所经过交换机自己的BID（优先级+mac地址）
- PID：端口ID，优先级+端口组成
- message age：当前消息年龄（每经过一个设备加1）
- max age：最大消息年龄
- hello time：发送时间间隔，一般默认是2s
- forward delay：转发时间，端口状态切换的时间
- 决定监听和学习状态所需要的时间值
- 收到TC BPDU后MAC地址的老化时间
STP定义每个交换机都有一个BID来标识自己
BID=优先级+mac地址
优先级取值由两种标准：
1、0-65535
2、0-61440 华为默认采用的取值，只能是4096的倍数
三种端口：
- RP 根端口
- 非根桥上接收最好的BPDU
- 转发数据
- DP 指定端口
- 链路上发送最好的BPDU
- 转发数据
- AP 备份端口
- 被阻塞
STP选举流程：
- 选举根桥
- 非根桥选举根端口
- 每条链路上选举指定端口
- 即不是RP也不是DP就是AP端口
- STP通过修改RID、RPC、BID、PID来决定选举
比较原则：
- RID越小越优（优先级+mac地址）
- RPC越小越优（到根桥累计开销之和）
- BID越小越优（上联交换机BID，优先级+mac地址）
- PID越小越优（端口优先级+端口编号）
五种状态：
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端口状态
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是否转发数据
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是否学习MAC地址表
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是否接收BPDU
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备注
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Disabled
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端口被禁用
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Blocking
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不转发数据帧
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不学习MAC地址表
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接收并处理BPDU
但不发送BPDU
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Listening
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不转发数据帧
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不学习MAC地址表
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只参与生成树计算
接收并发送BPDU
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从阻塞进入监听状态需要15s
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Learning
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不转发数据帧
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学习MAC地址表
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参与生成树计算
接收并发送BPDU
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从监听进入转发状态需要15s
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Forwarding
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转发数据帧
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学习MAC地址表
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参与生成树计算
接收并发送BPDU
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端口角色切换可能存在环路风险，因为STP端口切换需要经过时间等待
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1、一个非根桥的RP失效并存在AP端口时，AP成为新的RP，需要经历30s进入转发状态
2、非根桥RP失效但不存在AP接口时，网络恢复需要50s
3、根桥失效会重新选举根桥，网络恢复需要50s
监听状态为什么需要15s？
- 监听状态15s是避免STP协议在收敛过程中产生临时环路，让BPDU有足够的时间在整个网络进行传递
- 监听状态期间，MAC地址表受TC BPDU的影响会进行提前老化，清除错误的MAC地址信息，导致错误的MAC地址老化，也导致正确且空闲的MAC地址老化；如果此时需要转发数据帧就会导致大量未知DMAC单播帧泛洪的现象，影响网络性能，那么我们继续牺牲15s的收敛时间，设计出学习状态能让交换机在此期间重新构建正确的MAC地址表项，减少单播帧在STP收敛期间产生大量的泛洪行为
BPDU分两种
- configuratlon bpdu 配置BPDU（2s发送一次）
- 标准STP由根桥发送配置BPDU，非根桥交换机不能发送配置BPDU
- 华为设备经过优化，非根桥可以发送BPDU
- Topoloy Change Notificaction 当交换机发生变化时，发送TCN报文，通知拓扑更改
- topology bpdu：拓扑发生变化时发送的bpdu
- TCA BPDU 拓扑确认更改
- TC BPDU 拓扑变化BPDU
拓扑发生变化时，如何发送BPDU？
- 当拓扑发生变化时会发送TCN BPDU通知根桥
- 上游设备收到TCN BPDU后，会回复一个TCA BPDU，同时也向它的上游设备发送TCN BPDU，沿途设备重复这个动作，直到根桥（一般是DP接收，RP发送）
- 当根桥收到TCN 的BPDU后，回复一个TCA BPDU，同时向全网发送一个TC BPDU，通知拓扑发生改变；
- 当交换机收到TC BPDU后，将自身所有端口（除边缘端口外）的MAC地址表老化时间变成15s
- 注：标准的STP上游设备只回复TCA 置位的BPDU；华为设备有变化，上游设备回复TCA和TC置位的BPDU，让交换机提前把老化时间变成15s；
- TC BPDU由根桥持续发送35s的时间（防止拓扑发生改变时，交换机学到错误MAC地址）
- 华为交换机标注的STP支持边缘端口；
什么情况下认为拓扑是发生改变的
- 当端口进入到转发状态时认为拓扑发生变化
- RP失效或者RP进入到转发状态时认为拓扑发生变化
- 注：DP端口失效不认为拓扑发生改变
拓扑发生改变的缺点：
- 当PC接入后交换机端口会进入转发状态那么就会引起拓扑发生改变，从而会产生TC置位的BPDU，交换机MAC地址表从300s的老化时间变成15s
- 后果：假如MAC地址老化时间变成15s，15s后所有交换机删除mac地址表，那么问题来了？
- 在一个特大型园区网中交换机删除MAC地址，而此时员工要进行数据通信由于没有MAC地址就会产生大量的未知广播帧，从而造成网络拥塞。
- 现象：网络会持续一段时间卡顿。 解决：配置边缘端口
华为针对STP优化
- 非根桥可以主动发送BPDU（标准STP没有）
- 收到次级BPDU立即老化（标准STP没有）
- 边缘端口（标准STP没有，只在RSTP中存在）
RSTP（802.1W）
与STP变化：
- 通过端口角色增补
- 端口状态重新划分
- 配置BPDU格式改变，充分利用了STP协议中flag字段
- 配置BPDU处理发生变化
- 快递收敛
- 增加了保护功能
BPDU有两种
- RST DPDU
- TC RST BPDU
RSTP报文格式：
1、通过端口增补
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端口角色
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描述
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Root Port
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根端口
所在交换机离根交换机最近的端口
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转发数据
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Designated Port
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指定端口
发往根交换机方向的数据
从交换机方向发出的数据
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转发数据
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Backup Port
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备份端口
DP的备份端口
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不转发数据
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BP学习到了自己发送的BPDU报文而阻塞的端口
提供了另一条到其他交换机的备用路径
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Alternate Port
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预备端口
RP的备份端口
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不转发数据
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AP端口学习到了其他网桥发送的bpdu而阻塞的端口
提供了从指定桥到根交换机另一条可切换路径；
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注：指定桥：就是根端口所在的交换机
2、端口状态重新定义
- discarding 不转发用户流量，不学习MAC地址
- learning 不转发用户流量，学习MAC地址
- forwarding 转用户流量，学习MAC地址
3、配置BPDU格式改变，利用flag字段
- 第1位：Topology Change Acknowledgment（TCA）
- 第2位：Agreement（和第7位用于P/A机制）
- 第3位：Forwarding
- 第4位：Learning
- 第5 6位：Port Role（端口角色） 00 未知 01：替代/备份端口 10：根端口 11：指定端口
- 第7位：proposal（第2位用于P/A机制）
- 第8位：Topology Change（TC）
4、配置BPDU发生变化
- BPDU发送方式：无论非根桥设备是否接收到根桥发送的BPDU报文，非根桥设备扔按照hello time时间间隔发送配置BPDU报文；每台设备自主（STP非根桥交换机不能发送BPDU）
- 超时时间：一个端口在超时时间（连续3个hello time的时间）内没有收到上游设备发过来的配置BPDU，那么该邻居认为邻居之间协商失败；不像STP那样需要先等待一个MAX Age
- 处理次优BPDU：当一个端口收到上游指定桥发来的RST bpdu报文时该端口将自身的RST BPDU与收到的RSTP BPDU 进行比较，如果自身BPDU优于收到的RST BPDU那么该端口直接丢弃，立即回应自身缓存的RST BPDU从未加快收敛速度
5、快递收敛
- 边缘端口
- 快速进入转发状态
- 边缘端口UP/DOWN不会导致交换机发送TCN或者TC BPDU，增强STP网络的稳定性
- 一般接服务器、防火墙、路由器等设备
- 注意事项：边缘端口也是发送BPDU的
- 收到自己发送的BPDU端口会阻塞
- 收到其他交换机发送的BPDU，参与普通SPT计算，实现防环；刚接入时有临时环路风险
- 边缘端口能发送BPDU能实现一定程度上防环，但是有的场景不能起到防环作用
- P/A机制
- P/A机制可以快速收敛（两个hello time）
- 链路类型为P2P（全双工），选举RP和DP时才有P/A机制，其他链路类型和端口角色选举按照标准STP
- 选举过程：交换机之间一开始发送RST BPDU，次优的交换机停止发送RST BPDU，此时较优的交换机发送proposal置1的BPDU，次优交换机收到以后，选举自身端口角色并阻塞，选举完成后回复Agreement置1的的BPDU
- 根端口快速切换
- 根端口失效，网络中最优的AP端口成为根端口进入forwarding状态；通过AP端口连接网段上必然有个指定端口可以通往根桥。
6、增强保护功能
- 边缘端口配置
- 边缘端口不参与生成树计算，立刻转发；
- stp edged-port enable 配置边缘端口，在接口下配置
- stp edged-port default 配置边缘端口，在全局配置
- stp edged-port disable 关闭边缘端口，在接口下配置
- stp loop-protection
- 环路保护，接口下配置，软件层次的额外检测
- 在根端口上和AP端口上配置生效
- stp bpdu-protection
- BPDU保护，在全局下配置，只针对边缘端口有效，当边缘端口收到BPDU后接口关闭
- error-down auto-recovery cause bpdu-protection interval mnu 边缘端口收到bpdu后接口down
- stp bpdu-filter enable
- BPDU过滤，不接收不发送bpdu；一般配置在边缘端口,否则有环路风险
- 环路保护 优于 BPDU过滤 优于 BPDU保护
- stp root-protection
- 根保护；在指定口配置
- 对于使能根保护功能的指定端口，其端口角色只能保持为指定端口。
- 一旦使能根保护功能的指定端口收到优先级更高的BPDU时，指定端口状态将进入Discarding状态，不再转发报文。
- 在经过一段时间（通常为两倍的Forward Delay），如果端口一直没有再收到优先级较高的BPDU，端口会自动恢复到正常的Forwarding状态。
- Forward Delay的时间可通过命令 stp timer forward-delay 进行设置。
- stp tc-protection
- TC保护；
- 交换机收到TC-BPDU 后会执行MAC地址表项和ARP表项的删除操作，当人伪造TC-BPDU报文恶意统计交换机时，会频繁删除MAC地址表和ARP 表项，给网络带来很大隐患
- 开启TC-BPDU 功能后，会在一定时间内处理一次；单位时间为2s。默认2s处理一个
拓扑变更机制
- 非边缘端口迁移到forwarding状态时认为拓扑发生改变
- 在状态发生改变时非边缘端口发送TC BPDU（发送周期为两倍的hello time）收到TC BPDU的交换机清空所有端口（边缘端口和收到TC 报文的端口除外）的MAC地址并继续泛洪TC BPDU，实现全网MAC地址表的更新
MSTP（802.1s）
工作原理与STP一致，快速切换与RSTP一样
MSTP
1、定义了MSTP域在一个域中的交换机必须配置相同的域名
2、在同一个域中配置相同的修订级别
3、在同一个域中要有相同的instance 映射表
4、激活配置
MSTP特点：
1、 同一个域中基于instance维护生成树
2、 同一个域中不同的instance可以设置不用的根桥
3、 同一个域中可以针对不同的instance配置STP的参数
4、 同一个域中每个instance独立维护自己的STP树
5、 没有加入到instance中的vlan，默认属于instance0，instance 0默认存在
COST计算
- 华为默认计算路径为：802.1t；通过stp pathcost-standard dot1d-1998 命令修改为短路径开销方法
浙公网安备 33010602011771号