STP的BPDU报文

BPDU报文

为了计算生成树，交换机之间需要交换相关的信息和参数，这些信息和参数被封装在BPDU（Bridge Protocol Data Unit）中。BPDU有两种类型：配置BPDU和TCN BPDU。 配置BPDU包含了桥ID、路径开销和端口ID等参数。STP协议通过在交换机之间传递配置BPDU来选举根交换机，以及确定每个交换机端口的角色和状态。在初始化过程中，每个桥都主动发送配置BPDU。在网络拓扑稳定以后，只有根桥主动发送配置BPDU，其他交换机在收到上游传来的配置BPDU后，才会发送自己的配置BPDU。 TCN BPDU是指下游交换机感知到拓扑发生变化时向上游发送的拓扑变化通知。 配置BPDU中包含了足够的信息来保证设备完成生成树计算，其中包含的重要信息如下：
报文字段	字节数	说明
PID	2字节	STP协议ID，该字段总是为0
PVI	1字节	STP协议版本， STP（802.1D）传统生成树,值为0； RSTP（802.1W）快速生成树,值为2； MSTP（802.1S）多生成树,值为3；
BPDU Type	1字节	指示当前BPDU消息类型：配置BPDU和TCN BPDU 0x00为配置BPDU，负责建立，维护STP拓扑; 0x80为TCN BPDU，传达拓扑变更;
Flags	1字节	标志 最低位=TC（Topology Change，拓扑变化）标志， 最高位=TCA（Topology Change Acknowledgement，拓扑变化确认）标志
Root ID	8字节	根桥ID，指示当前根桥的RID（即“根ID”），由2字节的桥优先级和6字节MAC地址构成
RPC	4字节	根路径开销，指示发送该BPDU报文的端口累计到根桥的开销
Bridge ID	8字节	桥ID，指示发送该BPDU报文的交换设备的BID（即“发送者BID”），也是由2字节的桥优先级和6字节MAC地址构成
Port ID	2字节	端口ID，指示发送该BPDU报文的端口ID，即“发送端口ID”
Message Age	2字节	消息生存时间，指示该BPDU报文的生存时间，即端口保存BPDU的最长时间，过期后将删除，要在这个时间内转发才有效，如果配置BPDU是直接来自根桥的，则Message Age为0，如果是其他桥转发的，则Message Age是从根桥发送到当前桥接收到BPDU的总时间，包括传输延时等。实际实现中，配置BPDU报文经过一个桥，Message Age增加1，如果Message Age大于Max Age，非根桥会丢弃该配置BPDU。
Max Age	2字节	最大生存时间，指示BPDU消息的最大生存时间，也即老化时间
Hello Time	2字节	Hello消息定时器，指示发送两个相邻BPDU的时间间隔，根桥通过不断发送STP维持自己的地位，Hello time 是发送的间隔时间
Fwd Delay	2字节	转发延时，指示控制listening和learning状态的持续时间，表示在拓扑结构改变后，交换机在发送数据包前维持在监听和学习状态的时间

STP 计时器

Hello Time是指运行STP协议的设备发送配置BPDU的时间间隔，用于检测链路是否存在故障。交换机每隔Hello Time时间会向周围的交换机发送配置BPDU报文，以确认链路是否存在故障。当网络拓扑稳定后，该值只有在根桥上修改才有效。

Message Age是从根桥发送到当前交换机接收到BPDU的总时间，包括传输延时等。如果配置BPDU是根桥发出的，则Message Age为0。实际实现中，配置BPDU报文每经过一个交换机，Message Age增加1。

Max Age是指BPDU报文的老化时间，可在根桥上通过命令人为改动这个值。Max Age通过配置BPDU报文的传递，可以保证Max Age在整网中一致。非根桥设备收到配置BPDU报文后，会将报文中的Message Age和Max Age进行比较：如果Message Age小于等于Max Age，则该非根桥设备会继续转发配置BPDU报文。如果Message Age大于Max Age，则该配置BPDU报文将被老化掉。该非根桥设备将直接丢弃该配置BPDU，并认为是网络直径过大，导致了根桥连接失败。

Forward Delay是指端口状态迁移时间。STP生成树需要一定的时间，如果选出来的根端口或者指定端口马上进入转发状态的话，可能就会总成临时工作环路。forward delay机制：新选出来的根端口和指定端口需要经过两倍的forward delay时间延时后才可以进入用户数据帧的转发状态，保证此时工作拓扑已无环路。