生成树协议

200
20 2
4.1 STP协议
4.1.3 生成树协议的三个参数
3. 端口ID 用来决定到根交换机的路径。它由两个字节构成，包 括优先级和端口号。其中6位表示优先级，8位表示端口号。 优先级是一个可配置的STP参数，在大多数交换机上为0255，默认为128。端口号是用来列举端口的数字标志。
端口优先级 6比特
网桥优先级 2字节 范围：0~65535 默认值：32768 MAC 6字节 来源于背板/监控器
4.1 STP协议
4.1.3 生成树协议的三个参数
2. 路径开销 是用来衡量网桥之间距离的一个参数。是两个桥之间 所有链路开销的总和。不同带宽的链路有不同的链路开销。 有两种计算方法。一种是短整形计算方法。即用 1000Mbit/s除以以Mbit/s为单位的链路带宽。另一种是长 整形计算方法。分别如下表所示。 交换机是用路径开销来决定到根交换机的最佳路径。 最短链路组合具有最小累计路径开销，并成为到根交换机 的最佳路径。
4.1.3 生成树协议的三个参数 带宽 4kbit/s STP开销 200000000 带宽 10Gbit/s STP开销 2000
1Mbit/s
10Mbit/s 100Mbit/s 1Gbit/s
20000000
2000000 200000 20000
100Gbit/s
1Tbit/s 10Tbit/s
4.1 STP协议
4.1.3 生成树协议的三个参数 带宽 4Mbit/s STP开销 250 带宽 155Mbit/s STP开销 14
10Mbit/s
16Mbit/s 45Mbit/s 100Mbit/s
100
62 39 19
622Mbit/s
1Gbit/s 10Gbit/s
6
4 2
4.1 STP协议
Server/host X Unicast
Router Y
Segment 1
Switch A
Switch B
Segment 2
4.1 STP协议
4.1.2 交换网络中环路的危害
2. 桥接表（MAC）地址表不稳定
Server/host X Unicast Router Y Segment 1 Unicast Unicast Switch B
SwitchA Mac 0c0011110000 Default priority 32768 1/1 1/2
100baseT
Switch B MAC 0c0011111111 Default priority 32768 1/1 1/1
1/2
1/2
100baseT

Switch C MAC 0c0022222222 Default priority 32768
4.1 STP协议
4.1.2 交换网络中环路的危害
而生成树协议STP能使一个具有冗余信息的环路转变 成一个没有环路的树。
x
Block
4.1 STP协议
4.1.3 生成树协议的三个参数
IEEE802.1d标准定义了STP所使用的生成树协议。 该协议依赖于三个参数。 1. 网桥ID（BID） 由BID决定网络的根节点，即根网桥。即BID最小的 网桥为根网桥。BID由8个字节构成，前2个字节表示优先 级，默认为32768。可取范围为0~65535。后6个字节为 交换机的MAC地址。
2. 选举根端口 根端口就是按照路径开销最靠近根交换机的端口。每 一个非根交换机必须选举一个根端口。根交换机在发送 BPDU时，根路径开销为0，然后每到一个端口根据路径 开销进行累加并发送。 SwitchA
Mac 0c0011110000 Default priority 32768 1/1 1/2
第4章 生成树协议
本章概述
教学目的：
通过本章教学，掌握生成树协议的作用；掌握 802.1D, 802.1W生成树协议的工作原理以及它们之 间的区别；掌握生成树协议的配置方法。
本章重点：
生成树协议的工作原理；生成树协议的配置。
本章难点：
生成树协议的工作原理；不同生成树协议区别。
4.1 STP协议
4.1.1 STP协议的重要性
Segment 2
4.1 STP协议
Hale Waihona Puke Baidu4.1.2 交换网络中环路的危害
1. 会产生广播环路
Server/host X Router Y
Segment 1
Switch A
Broadcast
Switch B
Segment 2
4.1 STP协议
4.1.2 交换网络中环路的危害
2. 桥接表（MAC）地址表不稳定
Switch A
Segment 2
4.1 STP协议
4.1.2 交换网络中环路的危害
2. 桥接表（MAC）地址表不稳定
Server/host X Unicast
Port 0 Switch A
Router Y
Segment 1 Unicast Port 0 Switch B Port 1
Port 1
端口号
10比特
4.1 STP协议
4.1.4 STP工作原理
网桥之间通过交换网桥协议数据单元（BPDU）的第2 层帧来传递生成树信息。每个端口保存着最佳BPDU。当 网桥第一次被激活时，其所有端口每隔2秒（默认hello时 间）发送一次BPDU。如果一个端口收到比自己发送好的 BPDU，则该端口就停止发送BPDU。如果20秒（默认的 最大生成时间）的时间没有从邻居收到更好的BPDU，则 本地端口将重新开始发送BPDU。
1/2

100baseT
1/2
4.1 STP协议
4.1.7 BPDU的格式
1. IEEE802.1D的STP BPDU格式
帧控制 目的地址 （1字节） （6字节）
源地址 （6字节）
逻辑链路控制 （3字节）
IEEE BPDU
帧控制域总是01 目的地址：0x800143000000 源地址：本交换机所使用的MAC地址 逻辑链路控制：指定所有STP BPDU的帧类型。这个域 一般被置成0x424203。
4.1 STP协议
4.1.6 STP定时器
SwitchA Mac 0c0011110000 Default priority 32768 1/1 1/2
100baseT
Switch B MAC 0c0011111111 Default priority 32768 1/1 1/1
Switch C MAC 0c0022222222 Default priority 32768
3. 选举指定端口 桥接网络的每个网段必须有一个指定端口。它既能向 根交换机发送流量，也能从根交换机接收流量。一个包含 指定端口的网桥称为指定网桥。指定端口也是依照到根交 换机的路径开销而选定。如果开销相等，则根据网桥的 BID确定。非指定端口就处于阻塞状态。
4.1 STP协议
4.1.4 STP工作原理
4.1 STP协议
4.1.4 STP工作原理
1. 选举根交换机 以BID最小的交换机作为根交换机。在交换机刚启动 时，总是将自己的BID存入到根BID域，然后如果收到更 好的BPDU，则将更好BPDU中的相关交换机列为根BID， SwitchA 并进行发送。 Mac 0c0011110000
Default priority 32768
4.1.6 STP定时器
1. Hello时间 是发送配置BPDU的时间间隔。默认为2秒，控制着 根交换机生成配置BPDU。其它网桥收到后就立即扩散此 BPDU。如果20秒没有收到根网桥的BPDU或根网桥停止 发送BPDU，则该网桥宣布保存的BPDU无效并开始寻找 新的根端口。 2. 转发延迟 是网桥花费在侦听和学习状态的时间长度。默认15秒。 3. 最大生存时间 是一个控制在BPDU被网桥丢弃之前被保存多长时间 的STP定时器。最大生存时间问题只有当非直连链路出现 故障时才会出现。非直连链路如下图所示。非直连50秒， 直连30秒。
Segment 2
4.1 STP协议
4.1.2 交换网络中环路的危害
2. 桥接表（MAC）地址表不稳定
Router Y Segment 1 Unicast Port 0 Switch A Port 1 Unicast Port 0 Switch B Port 1 Segment 2
Server/host X
4.1 STP协议
4.1.5 STP状态
4. 学习状态 是网桥不传递用户数据帧但构建桥接表燕收集诸如数 据帧源VLAN等信息的一种STP状态。将收到帧的源MAC 地址放入桥接表。 丢弃所连接网段上收到的帧；丢弃从其他端口交换来 需要转发的帧；接收BPDU并直接传递给系统模块；接收、 处理并传递从系统模块收到的BPDU；接收并响应网络管 理信息。 学习状态的生存时间同样受转发延迟定时器的控制， 默认为15秒。
4.1 STP协议
4.1.5 STP状态
1. 禁用状态 是管理性的关闭STP状态，它不是正常STP端口的一 部分。在交换机初始化之后，所有端口由阻塞状态开始。 2. 阻塞状态 丢弃从所连接的网段上收到的数据帧或通过交换面来 内部转发的帧；接收到的BPDU并直接传递给系统模块； 不传递从系统模块收到的BPDU；接收并响应网络管理消 息，但不传递它们。
1/1 1/2
100baseT
Switch B MAC 0c0011111111 Default priority 32768 1/1 1/1 Switch C MAC 0c0022222222 Default priority 32768
1/2
1/2
100baseT
4.1 STP协议
4.1.4 STP工作原理
4.1 STP协议
4.1.7 BPDU的格式
BPDU格式
消息 最大 Hello 协议标志 版本 消息类型 标志 根ID 根路径开销 网桥ID 端口ID 转发 （ 2 字节） （ 4 字节） 生存时间 生存时间 （ 8 字节） 周期 （2字节） （1字节） （1字节） （1字节） （8字节） 延迟 （2字节） （2字节） （2字节） （2字节）
4.1 STP协议
4.1.7 BPDU的格式
2.Cisco的STP BPDU格式
帧控制 目的地址 源地址 路由选择信息域 逻辑链路控制 IEEE BPDU （1字节）（6字节）（6字节） （3字节） （3字节）
帧控制域总是01 目的地址：0x800143000000 源地址：本交换机所使用的MAC地址 逻辑链路控制：指定所有STP BPDU的帧类型。这个域 一般被置成0x424203。
100baseT
Switch B MAC 0c0011111111 Default priority 32768 1/1 1/1 Switch C MAC 0c0022222222 Default priority 32768
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100baseT
4.1 STP协议
4.1.4 STP工作原理
生成树协议（Spanning Tree Protocol ）是一个非常 重要，却又容易被忽略的协议。一个没有在一开始就规划 好STP的网络，将意味着没完没了地配置、排除故障。并 且园区网的维护精力可能要全部放在STP上。 STP是一种提供园区网冗余链路，而又不会产生环路 的协议。在交换网络中为什么不能有环路呢？
4.1 STP协议
4.1.5 STP状态
5. 转发状态 处于学习状态的端口在转发延迟定时器之后仍然是指 定端口或根端口，则将进入转发状态。 转发所有连接网段上收到的帧；转发从其他端口交换 来需要转发的帧；接收BPDU并直接传递给系统模块；处 理从系统模块来的BPDU；接收并响应网络管理消息。
4.1 STP协议
4.1 STP协议
4.1.2 交换网络中环路的危害
1. 会产生广播环路
Server/host X
Router Y
Segment 1
Segment 2
4.1 STP协议
4.1.2 交换网络中环路的危害
1. 会产生广播环路
Router Y Segment 1 Broadcast
Switch A
Switch B
协议标记、版本和消息类型总为0 标记域包括下面的一种： 拓扑变化TC位。该位为1则说明是一个拓扑变化通告， 否则是一个配置BPDU 拓扑变化确认TCA位。表示收到一个TC位被置位的配 置信息。
4.1 STP协议
4.1.5 STP状态
3. 侦听状态 如果一个网桥在它启动或在一定时间内没有收到 BPDU后立即认为自己是根交换机，端口进入侦听状态。 丢弃所连接网段收到的帧或其它端口交换来的帧；接 收BPDU并直接传递给系统模块；处理从系统模块收到的 BPDU；接收并响应网络管理消息。 选举根交换机、根端口和指定端口都发生在侦听期间。 指定端口或根端口在15秒后进入学习状态。