STP

（三）、STP的状态机制

　　　　1.STP的端口状态：

　　　　　阻塞状态（Blocking）：在选举之前，所有的端口从disable过度到的第一个状态

　　　　　　　　　　　　　　　   在选举结束之后，被阻塞的端口，就是阻塞状态

　　　　　　　　　　　　　　　   不能接收或者传输数据，不能把MAC地址加入地址表，只能接收BPDU

　　　　　监听状态（Listening）：在监听的状态下，交换机完成STP的角色的选举，选出根桥、根端口、指定端口、非指定端口

　　　　　　　　　　　　　　　　选举结束之后，网络拓扑无环，处于一种比较稳定的状态

　　　　　　　　　　　　　　　　不能接受或者传输数据，也不能把MAC地址加入地址表，但可以接收和发送BPDU

　　　　　学习状态（Learning）：交换机转发数据，依靠CAM表，交换机的接口开始学习MAC地址来形成CAM表

　　　　　　　　　　　　　　　　如果交换机接口从监听直接跳跃到转发状态，在最开始的时候，交换机的CAM表是空的，在网络中的一段时间内，会有大量的泛洪的数据

　　　　　　　　　　　　　　　　不能传输数据，但可以发送和接收BPDU，也可以学习MAC地址

　　　　　转发状态（Forwarding）:能够发送和接收数据、学习MAC地址、发送和接收BPDU

　　　　　##注解：Disable:不会参加STP选举（可能端口没有打开或者没有连线）

　　　　　　　　　  端口角色：RP   DP  NDP(阻塞端口)

　　　　　　　　　  阻塞状态——最大老化时间=20S         监听状态——forwarding delay（转发延迟）=15S             学习状态——forwarding delay=15S

　　　　  

　　　　　　

　　　　2.STP计时器 

　　　　　*阻塞到转发状态通常要30-50s(默认50S，即20+15+15)，这个时间也可以通过配置生成树计时器来调整

　　　　　*Hello 时间——网桥发送配置BPDU的时间间隔（缺省为2s）

　　　　　*转发延迟时间——侦听到学习状态， 或者学习状态转换到转发状态所需要的时间 （缺省为15s）

　　　　　*最大存活期——在丢弃BPDU之前,网桥用来存储BPDU的时间（缺省为20s），如果连续收不到10个BPDU(20s的时间)，开始进入listening 状态

　　　　　　   

　　　　　　　　##注解：1.（左图）正常情况下路线1——2——3——4，当被阻塞的端口在20S之内一直未收到BPDU时，他就会从阻塞状态变成监听状态，通过选举之后变成学习状态到最后的转发状态。

　　　　　　　　　　　 2.（右图）当端口被选举为DP或RP时，就会从阻塞状态变成监听状态

　　　　　　　　　　　　　　　　当端口被选举为NDP时，就会从监听状态/学习状态/转发状态变成阻塞状态

　　　　　　　　　　　　　　　　当监听状态经过forwarding delay（转发延迟，默认15S）间隔后变成学习状态，学习状态经过forwarding delay间隔变成转发状态

（四）STP的拓扑变更机制　

　　　 1.当网络中某些链路、交换机设备出现的故障的时候，与该交换机有关的MAC地址信息就会变成无用的信息

　　   2.拓扑变更机制的目的：让其他交换机快速刷新CAM表，将这些无用的信息快速的刷新掉，节省计算和带宽资源

   　    3.TCN BPDU 概述（TCN：top change notice）

　　　　　当网络拓扑出现变更的时候，最先意识到变化的交换机将发送 TCN BPDU。在发生以下事件时，交换机发送TCN:

　　　　　　*对于处于转发和监听状态的接口，过渡到Block状态(链路故障的情况 )

　　　　　　*端口进入转发状态，并且网桥已经拥有指定端口

　　　 　   　*非root网桥在它的指定端口收到 TCN

　   　 4.变更过程

　       

　　　讲解：1.SWB 感知到SWA的链路故障

　　　　　　2.SWB 通过自己的根端口向上发送TCN BPDU，通知上面的交换机拓扑变更的情况，TCN BPDU最终要通知到根桥

　　　　　　3.SWC 的指定端口收到SWB发送的BPDU，会给SWB一个TCN ACK报文的回复，同时，会将接收到的TCN BPDU再通过自己的根端口向上转发

　　　　　　4.SWC 发送的BPDU TCN最终被根桥接收，根桥向SWC发送TCN ACK的回复信息

　　　　　　5.根桥向全网通知拓扑变更

　　　　　　6.全网交换机将自己的CAM表时间由300s 变成15s,重新刷新自己的CAM表。

 　　　　##注解：1.TCN： top change notice =>最先感知到 top变化的交换机发送到报文，这个报文最终将要被传递到根桥

　　　　　　　　  2.TCN ACK ：当交换机收到一个TCN报文的时候，向发送TCN的交换机发出的回复报文

　　　　　　　　　  3.TC： 根桥发出的，用于通知全网交换机，网络拓扑发生了变化：35s

　　　　　　　　　　　　当交换机收到 TC的时候，会将自己的 CAM表老化时间由原来的 300s秒调整到15s,快速的将 CAM表进行刷新，刷新之后，就不再由关于发生故障交换机的 MAC地址信息了

（五）STP的特性

　　　1.Portfast

　　　　*portfast 端口一旦接了设备,接口可绕过listening和learning状态直接进入forwarding状态。

　　　　*链接终端的接口，不会连接其他的交换机，所以也不会出现环路，但是这些接口依然受控与STP，当接口在启用的时候，依然要经历30-50漫长的时间。

所以，要把连接终端的端口的选举机制去掉，让这些端口在启用后，迅速的进入到转发状态

　　　　*配置边缘端口命令：[Switch]interface interface-ID

　　　　　　　　　　　　　 [Switch-GigabitEthernet0/0/1]stp edged-port enable 

只配置portfast的缺陷/弊端：当边缘端口配置了portfast的端口接入交换机的时候，交换机会发送bpdu,则portfast接口会重新参与stp计算，造成环路或者二层的网络动荡

　　　 2. bpdu guard/bpdu防护

　　　　  *该接口在收到 BPDU报文后，会立即切换到down(hauwei)/err-disbale(cisco)的状态

　　　　　　[Switch] stp bpdu-protection     //收到bpdu报文会自动shutdown

　　　　  *常搭配portfast特性在接口上一起使用，用于连接主机

　　　　  *可在接口模式上激活，也可在全局模式上配置，两者有所不同·

　　　　  *在接口模式下配置，该接口收到 BPDU报文后，立即切换到err-disable状态

　　　　  *边缘端口down掉之后，两种恢复方式： 

　　　　　　 ---手动恢复 [Switch]interface GigabitEthernet 0/0/1

　　　　　　　　　　　  [Switch-GigabitEthernet0/0/1]undo shutdown

　　　　　　 ---自动恢复：会自动执行undo shutdown

　　　　　　　　　　　　[Switch]error-down auto-recovery cause bpdu-protection interval 30 //30秒自动恢复

　　　　 　　验证命令：display stp   　//验证整个交换机全局是否开启BPDU保护，默认是disable 

　　　　　　　　　        display stp interface g0/0/1        //查看接口是否开启了边缘端口特性以及BPDU保护特性

　　　 3.BPDUFilter

　　　　可以在全局模式下配置，也可以在接口模式下配置：

　　　　　*全局配置 [Switch]stp bpdu-filter default

　　　　　　希望这个接口处于边缘接口的角色，但是也可以接入交换机设备，一旦收到BPDU的时候，就会消失掉portfast的特性，成为一个普通的stp的端口

　　　　　　a) 启用了portfast的接口将激活bpdufilter特性

　　　　　　b)上述接口在link up后瞬间会发送BPDU(a few)，此后不在发送任何BPDU

　　　　　　c)上述接口在收到BPDU后立即丢失portfast及bpdufilter特性，成为一个普通的spanning-tree接口

　　　　   *接口配置 [Switch-GigabitEthernet0/0/1]stp bpdu-filter enable (不建议)

　　　　　　相当于关闭了 STP的功能，当收到BPDU的时候，可能会导致二层环路

　　　　　　a) 该接口将不会发送BPDU,也忽略接收到的BPDU

　　　　　　b) Enabling BPDU filtering on an interface is the same as disabling spanning tree on it and can result in spanning-tree loops.

　　　　　　c) 在接口上配置，不一定必须portfast特性，可独立实施。当然，建议搭配portfast特性使用。

             4.uplink fast

　　　　  主动向其他交换机发送自己下联PC的MAC地址信息，让其他交换机快速更新CAM表

　　

　　　  5.backbone fast

　　　　 BackboneFast是对UplinkFast的一种补充，UplinkFast能够检测直连链路的失效，BackboneFast是用来检测间接链路的失效。

　　　　 当启用了BackboneFast的交换机检测到间接链路失效之后，会马上使阻塞的端口进入监听状态，少了20S的老化时间。

 　　　

　　　 6.RootGuard

　　　　如果新接入的交换机优先级更低，将抢占原有的根网桥

　　　　Root Guard是一种强制的根保护措施，它的作用是防止意外（或者非法）加入的交换机成为网络中的根桥