生成树协议stp

802.1W概述
（2）802.1W定义的端口角色 RSTP为了快速收敛，在拓扑变化中一旦端 口被选举为新的根端口，该端口就立即进 入转发状态，不再经由倾听、学习阶段 802.1D中定义的blocking觉得在802.1W中 被分为两种角色，分别是替代端口角色 （alternate port role）和备份端口角色 （backup port role）.
BPDU帧结构
• BPDU有两种类型。 • 配置BPDU：这种BPDU是根网桥以周期间隔 （hello time）发出，BPDU包括STP相关参 数。配置BPDU只能由根桥产生。 • TCN BPTU：这种BPDU是当交换机检测到拓 扑变化时产生的。
BPDU帧结构
BPDU主要包括根BID、根路径开销、发送者 BID和端口ID信息。
Stp的工作过程
Switchb上的port4和switchc上的port4到根路 径开销相同，比较他们各自的转发bpdu的 bridge ID，将会选择switchc上的port4为指定 端口。
Stp的工作过程
这三个阶段完成后，网络中有唯一的一个 交换机作为根桥，每个非根桥唯一的一个 根端口；在每个网段上有唯一的一个指定 端口。这是交换机上的端口分为3种类型， 它们是根端口，指定端口和未被选举上的 端口。根端口和指定端口进入转发状态， 落选的端口进入阻塞状态，这样就打破了 环路。
BPDU
• 网桥为每个端口存储一个其收到的最佳BPDU，当 有其他的BPDU到达交换机的端口时，交换机会判 断此BPDU是否比该端口原来存储的BPDU更好，如 果新收到的BPDU（或者本地生成的BPDU）更好， 则替换原有值。 • 当一个网桥第一次被激活时，其上所有端口每隔 一个HELLO时间（默认2秒）发送一次BPDU；如果 一个端口发现从其他网桥收到的BPDU比自己发送 的好，则本地端口就停止发送BPDU；如果在MAX AGE（最大生存时间，默认20秒）内没有从邻居网 桥收到更好的BPDU，本地端口则重新开始发送 BPDU，即最大生存时间是最佳BPDU的超时时间。
Listening
Learning
Forwarding
• 802.1w 定义3种端口状态: discarding, learning, and forwarding. 802.1w
Discarding Learning Forwarding
802.1W概述
（1）定义的端口状态
802.1D端口状态 端口状态 802.1W端口状态 端口状态 在活动拓扑吗？ 在活动拓扑吗？ 学习MAC地址吗？ 地址吗？ 学习 地址吗
不参与帧转发，监听流入的BPDU。
• 侦听状态 侦听状态(Listening)
如果一个网桥在启动或者在一定时间没有收到BPDU后立即认为自己是根交换 机，端口进入侦听状态，侦听状态是一种不传用户数据的STP状态，仅在端口 发送和接收BPDU报文。努力确定一个活动的拓扑选举根桥，根端口和指定端 口发生在侦听状态期间。 在指定端口选举中失败的端口成为非指定端口，并 回到阻塞状态，剩下的指定端口或者根端口在15s后进入学习状态。选举根桥， 根端口和指定端口发生在侦听状态期间。在指定端口选举中失败的端口成为 非指定端口，并回到阻塞状态，剩下的指定端口或者根端 口则进入学习状态。
• 学习状态（Learning） 学习状态（ ）
学习状态是网桥不传递用户数据帧但构建桥接表并收集信息的一种STP状态。 当网桥收到一个帧， 他将源MAC地址和端 口对应写在交换列表中，但不转发 帧。
• 转发状态（Forwarding） 转发状态（ ）
能够转发数据帧，端口学一接收帧的源MAC地址，而将他们进行恰当转发。
Disabled Blocking Listening Learning Forwarding
Discarding Discarding Discarding Learning Forwarding
No No No No Yes
No No No Yes Yes
• 阻塞状态（Blocking） 阻塞状态（ ）
生成树协议原理
Spanning Tree Protocol
X
Broadcast packet
Broadcast packet 被阻塞的端口转变为 转发状态
BPDU帧结构
• 对于运行STP的交换机，它能够使用BPDU来 完成下列任务： • 选举根桥 • 确定冗余路径的位置 • 通过阻塞特定端口来避免环路 • 通告网络的拓扑变更 • 监控生成树的状态
Stp的工作过程
• （2）在每个非根桥上选择根端口 在选出根桥后，其余的所有交换机都成为非根 桥。选择根端口的原则是比较从各端口到达根桥 的路径开销值（Path Cost）,代价最小的为根端 口。BPDU中携带路径花费参数，表示BPDU从根桥 到达接收它的端口所花费的路径代价值。该值是 数据所走路径中经由的所有路径开销之和。当非 根桥从多个不同端口收到根桥的BPDU时，读取该 值就可以得出从itcha
Broadcast packet
LAN1
环路的产生
• 当Switch A的LAN内PC1发出一个广播帧， LAN1内所有节点都能收到它，Switch A也 不例外，由于是广播帧，Switch A要将它 向所有端口转发，因此，这个广播帧会出 现在LAN2中。Switch B收到这个广播帧也 要转发该帧，它又会再发送到Switch A上， 出现在LAN1中，Switch A收到该帧后又会 转发到LAN1和Switch B，如此反复，广播 帧会在环路中无休止的传播，形成广播风 暴。
Stp的工作过程
（3）在每个网段上选举指定端口 选择的原则是比较网段中各端口到达根桥 的路径开销，具有最小代价的端口为指定 端口，如上图，交换机连接上下2个网段， 在上面的网段中显然是根桥上的端口到根 桥所花费的代价最小（代价为0）；同理下 面的网段也是根桥上的端口到根桥所花费 的代价最小（代价是0），因此这SwitchX2 个端口被选定为指定端口。
Stp的工作过程
•如果两条链路Cost值相同的情况下，交换机 Switch Y选择根端口的过程是这样的：
Stp的工作过程
• 首先比较路径开销，因为路径开销相等则 比较转发BPDU的交换机ID，因为它的两个 端口都从SwitchX接收根桥的BPDU，所以交 换机ID也相同。接着比较SwitchX的两个转 发BPDU的端口的端口优先级（此例是根桥 自己转发的）。端口优先级相同比较 SwitchX的两个向SwitchY转发根桥BPDU的 端口的端口ID，最终，与SwitchX的较小端 口ID相连的SwitchY的端口成为根端口。
Stp的工作过程
处于阻塞的端口虽然不转发用户数据，但 是它们还是要处理BPDU数据包的。另外在 默认情况下根桥没2秒发送一次BPDU，因此 非根桥与其每2秒应该收到一个BPDU数据， 交换机的根端口在一定的时间间隔（默认 max age=20s）内收不到BPDU数据，就会认 为该链路已经失去与根桥的连接，则会请 求重新进行生成树计算，启动阻塞端口替 代中断的链路。
Spanning Tree protocol
Spanning Tree
1.什么是Spanning Tree?为什么需要 它？ 2.STP(802.1D) 3.Spanning Tree怎样工作？ 4.RSTP(802.1W)
桥接网络环路问题
为什么需要STP
桥接网络环路问题
由于交换机不能过滤广播 帧，在交换网络出现了物 理环路，那么广播帧就会 在全网内不断转发和复制， 导致广播风暴的产生，致 使整个网络瘫痪
Stp的工作过程
• 如果出现多个端口的路径开销值相同的情况，此 时比较转发根桥BPDU的交换机的ID号（BPDU中携 带），与有较低ID号交换机相连的端口为根端口； 如果ID号相同，则比较转发根桥BPDU的端口优先 级（BPDU中携带），优先级高的被选中为根端口。 如果优先级也相同的话，则比较转发根桥BPDU的 端口ID，有最小ID值的端口被选为根端口（BPDU 中携带该值）。Port ID是端口的MAC地址派生出 来的，因为MAC地址是唯一的，所以能够保证选出 一个唯一的根端口。
拓扑改变消息的传播
Root
4 3 4
5
2 拓扑改变通知消息 拓扑改变应答消息
6
1
6
拓扑改变消息
802.1W概述
• （1）定义的端口状态
• 802.1定义5种端口状态: disabled,blocking, listening, learning, and forwarding. 802.1d
Blocking
(3) Designated Ports (4) Block Non-Root and non-Designated port
(2) Root Ports
Stp的工作过程
• 生成树协议的工作过程分为三个阶段 （1） 在同一个网络内选举一台交换机为根 桥 网络中启动生成树协议的交换机通过比 较Bridge ID的大小来选举根桥。协议规定， Bridge ID值最小的交换机成为根桥，根桥 只有一个。
Stp的工作过程
在多个端口的路径开销相同的情况下，比较 转发根桥BPDU的交换机的Bridge ID，有较 小的ID的被选中；如果Bridge ID相同，比 较转发根桥BPDU的端口优先级，优先级高 的被选中；如果优先级相同，比较转发根 桥BPDU的Port ID，有较小ID的被选为指定 端口。 下图这个例子来说明在多个端口的开销路 径相同的情况下，选择指定端口。
Stp的工作过程
• (1)启动生成树协议后，交换机通过传递BPDU数据 帧来互相识别对方并交换一些必要的信息。BPDU 携带Bridge ID，它由交换机的优先级和MAC地址 构成。先比较优先级，如果相同再比较MAC地址， 优先级越高的越有可能成为根桥，因此，网络管 理员可以通过控制网桥优先级的大小来指定哪台 交换机是根桥。 • 交换机通过传递BPDU来发现谁是最小的BID，从 而将具有最小BID的网桥做为根交换机。最初时， 交换机总将自己认为是根网桥，当它发现有比自 己小的BID时，就将收到的具有最小BID的交换机 作为根网桥。