00-STP生成树算法
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学习目标
生成树（STP）算法
网桥间的路由回路
为了提高可靠性，LAN之间会连接多个网桥，同时也带来路由回路
广播帧带来的广播风暴：
假设站点A发送一个广播帧，网桥α和β都会收到这个广播帧，并把广播帧转发 到LAN Y上。然后又被网桥 α和β收到并转发到LAN X，如此往复
单播帧也会带来问题
站点B LAN Y
生成树算法的基本步骤
生成树的构造的基本步骤： 首先决定根桥：标识最低的网桥被选为生成树的
根 然后决定所有其它桥的根端口 桥到根桥的最短路径上的端口就是根端口 如果有两个端口有同样的花费，则选择具有更 低端口号的端口 最后决定每个LAN的选取桥和选取端口： LAN上的具有最少根路径花费的网桥就是选取 桥，如果有两个或多个桥具有同样的根路径花 费，具有最高优先级的桥选取为选取桥。 如果选取桥有两个或多个端口连在这个LAN上， 具有最低端口标识的端口被作为选取端口。 只有选取桥允许执行其选取端口连接的LAN的 帧转发过程
生成树算法的基本步骤（续）
开始所有桥都认为自己是根桥。每个桥都会在它连接
的每个LAN上广播一个BPDU来宣告这个信息 其他桥收到该 BPDU 后，比较根桥 ID 的大小，如 果新的根桥更小，则更新根桥 BID ；否则发送一 BPDU给新启动的桥，新的桥将更新根桥。 直接连到根桥上的那些LAN上的所有桥可以决定它们 的根端口（那个具有到根桥的最少路径花费的端口）。 这些桥接着在它所连接的其它LAN（除了它的根端口 所在的其它 LAN源自文库上广播一个 BPDU，在转发 BPDU 时更新其中包括的根路径花费，宣称它离根桥有一个 跳段。 如此继续，每个桥都可以决定自己的根路径花费 和根端口 对根桥来说，其所有端口花费为 0 ，对于所有根 桥连接的LAN而言，根桥就是选取桥，而根桥的 所有端口则为选取端口。
每个桥的端口，都分配一个该桥中的 16 比特的唯一
标识，称为“端口号标识”。 每个端口都分配一个路径花费，指的是通过该端口在 其连接的LAN上传输帧的花费。 两个节点间的路径有一个总花费，等于经过的桥的端 口路径花费的和。 两个站点间的路径将会通过零或多个桥。在每个 桥都加上通过相应端口传输的花费，从而对于每 个特定路径有一个总的花费。 在最简单的情况下，所有路径花费都为 1 ；因此 一条路径的花费将是在路上经过的桥的个数。
生成树算法中的BPDU消息
生 成 树 算 法 要 求 网 桥 之 间 通 过 桥 协 议 数 据 单 元
（BPDU）交换信息 该BPDU被送到在同一个LAN上的所有其它桥 每个BPDU由下列信息组成： 产生该BPDU消息的桥标识 发送该BPDU消息的端口标识 产生该BPDU消息的桥所了解到的根桥标识 到根桥的路径花费：直接连接到根桥的端口花 费一般为0。
生成树算法的基本步骤（续）
在任一LAN中，宣称最靠近根的桥（具有最少的到根
桥的路径花费的桥）成为选取桥。如果收到一个具有 更小路径花费或者路径花费相同但 BID更小的BPDU 则说明自身不是该端口直接连接的LAN的选取桥 知道了选取桥，也就知道选取桥直接连接到该 LAN上的端口就是选取端口，如果选取桥有多个 端口连接到该LAN，则把具有更小端口号的端口 作为选取端口。 只有每个 LAN 中的选取桥允许向其选取端口连接 的该LAN转发帧，设置为转发状态。而其他桥中 所有端口置为阻塞状态，不允许转发帧。 系统稳定时，只有根桥定期产生BPDU，各个LAN中 只有选取桥通过选取端口转发BPDU消息。如果生成 树 中 的 某 个 网 桥 出故障 ， 下游的网桥将 无法收到 BPDU消息，在等待一定时间的超时后，下游的网桥 将宣称自己就是根桥，从而重新开始配置生成树的过 程。
来自于图论的结论：对于那些由许多节点以及连接节点的边组成的连通图， 存在一个生成树，它保证了图的连通性，同时又没有一个闭合环。
算法必须是动态的。也就是说，当拓扑结构改变时，桥应该能够发现它的 改变，并且检测回路，通过关闭某些网桥的端口来自动生成一个新的生成 树
生成树算法中的基本术语
每个桥分配一个唯一的标识BID。
生成树算法中的基本术语（续）
根桥：标识BID最低的网桥被选为生成树的根 根端口： 每个桥有一条到根桥的具有最少花费的路径，该路径上面的第 一个跳段所使用的端口就是根端口。 如果有两个端口有同样的花费，则选择具有更低端口号的端口， 以保证建立一个唯一的生成树。 根路径花费：对于每个桥，到根桥的具有最少花费的路径（该路径 由网桥的根端口开始）的花费就是桥的根路径花费。 选取桥： 在每个LAN中都有一个桥被选为选取桥。这个桥是在那个LAN中 具有最少的到根桥的路径花费的桥。 只有这个选取桥允许把帧转发给那个 LAN或把来自于那个LAN的 帧转发出去。 选取端口： 选取桥的那个用来把桥连接到该LAN上的端口称为选取端口。 对于所有根桥连接的LAN而言，根桥就是选取桥。 所有到达LAN或从LAN出发的互连网中的通信都要经过选取端口。
引入生成树协议(STP)
LAN D
ROOT
LAN A
LAN B
LAN E
LAN C
通过阻断冗余链路来消除桥接网络中可能存在的路径回环 当前活动路径发生故障时激活冗余备份链路恢复网络连通性
生成树算法
解决路由回路的方法是让网桥互相通信，并且构造一棵到达每个 LAN
的生成树，路由根据生成树来进行
网桥α
网桥β
LAN X 站点A
网桥间的路由回路（续）
单播帧带来的问题 错误学习和重复转发： 假设桥都已经知道站点A和B的信息，并且站点A传输一 个到站点B的帧。 网桥α和β都会从LAN X收到帧，认为A在LAN X的一方， 并转发到LAN Y中。 –站点B就会收到这个帧的两个拷贝 –同时网桥 α 转发的帧被网桥 β 从 LAN Y 接收到，因 而认为站点 A 在 LAN Y 的这一方。即网桥 β 会认为 A 和B都在LAN Y，这样A和B之间的帧就会被过滤 单播帧的广播风暴 假设两个桥都还不了解站点B的存在,并且A传输一个到B 的帧 每个桥收到这个帧后由于没有B的信息会扩散到LAN Y上， 并且被另一个网桥收到后进一步扩散到LAN X，如此继 续形成单播帧的风暴
生成树（STP）算法
网桥间的路由回路
为了提高可靠性，LAN之间会连接多个网桥，同时也带来路由回路
广播帧带来的广播风暴：
假设站点A发送一个广播帧，网桥α和β都会收到这个广播帧，并把广播帧转发 到LAN Y上。然后又被网桥 α和β收到并转发到LAN X，如此往复
单播帧也会带来问题
站点B LAN Y
生成树算法的基本步骤
生成树的构造的基本步骤： 首先决定根桥：标识最低的网桥被选为生成树的
根 然后决定所有其它桥的根端口 桥到根桥的最短路径上的端口就是根端口 如果有两个端口有同样的花费，则选择具有更 低端口号的端口 最后决定每个LAN的选取桥和选取端口： LAN上的具有最少根路径花费的网桥就是选取 桥，如果有两个或多个桥具有同样的根路径花 费，具有最高优先级的桥选取为选取桥。 如果选取桥有两个或多个端口连在这个LAN上， 具有最低端口标识的端口被作为选取端口。 只有选取桥允许执行其选取端口连接的LAN的 帧转发过程
生成树算法的基本步骤（续）
开始所有桥都认为自己是根桥。每个桥都会在它连接
的每个LAN上广播一个BPDU来宣告这个信息 其他桥收到该 BPDU 后，比较根桥 ID 的大小，如 果新的根桥更小，则更新根桥 BID ；否则发送一 BPDU给新启动的桥，新的桥将更新根桥。 直接连到根桥上的那些LAN上的所有桥可以决定它们 的根端口（那个具有到根桥的最少路径花费的端口）。 这些桥接着在它所连接的其它LAN（除了它的根端口 所在的其它 LAN源自文库上广播一个 BPDU，在转发 BPDU 时更新其中包括的根路径花费，宣称它离根桥有一个 跳段。 如此继续，每个桥都可以决定自己的根路径花费 和根端口 对根桥来说，其所有端口花费为 0 ，对于所有根 桥连接的LAN而言，根桥就是选取桥，而根桥的 所有端口则为选取端口。
每个桥的端口，都分配一个该桥中的 16 比特的唯一
标识，称为“端口号标识”。 每个端口都分配一个路径花费，指的是通过该端口在 其连接的LAN上传输帧的花费。 两个节点间的路径有一个总花费，等于经过的桥的端 口路径花费的和。 两个站点间的路径将会通过零或多个桥。在每个 桥都加上通过相应端口传输的花费，从而对于每 个特定路径有一个总的花费。 在最简单的情况下，所有路径花费都为 1 ；因此 一条路径的花费将是在路上经过的桥的个数。
生成树算法中的BPDU消息
生 成 树 算 法 要 求 网 桥 之 间 通 过 桥 协 议 数 据 单 元
（BPDU）交换信息 该BPDU被送到在同一个LAN上的所有其它桥 每个BPDU由下列信息组成： 产生该BPDU消息的桥标识 发送该BPDU消息的端口标识 产生该BPDU消息的桥所了解到的根桥标识 到根桥的路径花费：直接连接到根桥的端口花 费一般为0。
生成树算法的基本步骤（续）
在任一LAN中，宣称最靠近根的桥（具有最少的到根
桥的路径花费的桥）成为选取桥。如果收到一个具有 更小路径花费或者路径花费相同但 BID更小的BPDU 则说明自身不是该端口直接连接的LAN的选取桥 知道了选取桥，也就知道选取桥直接连接到该 LAN上的端口就是选取端口，如果选取桥有多个 端口连接到该LAN，则把具有更小端口号的端口 作为选取端口。 只有每个 LAN 中的选取桥允许向其选取端口连接 的该LAN转发帧，设置为转发状态。而其他桥中 所有端口置为阻塞状态，不允许转发帧。 系统稳定时，只有根桥定期产生BPDU，各个LAN中 只有选取桥通过选取端口转发BPDU消息。如果生成 树 中 的 某 个 网 桥 出故障 ， 下游的网桥将 无法收到 BPDU消息，在等待一定时间的超时后，下游的网桥 将宣称自己就是根桥，从而重新开始配置生成树的过 程。
来自于图论的结论：对于那些由许多节点以及连接节点的边组成的连通图， 存在一个生成树，它保证了图的连通性，同时又没有一个闭合环。
算法必须是动态的。也就是说，当拓扑结构改变时，桥应该能够发现它的 改变，并且检测回路，通过关闭某些网桥的端口来自动生成一个新的生成 树
生成树算法中的基本术语
每个桥分配一个唯一的标识BID。
生成树算法中的基本术语（续）
根桥：标识BID最低的网桥被选为生成树的根 根端口： 每个桥有一条到根桥的具有最少花费的路径，该路径上面的第 一个跳段所使用的端口就是根端口。 如果有两个端口有同样的花费，则选择具有更低端口号的端口， 以保证建立一个唯一的生成树。 根路径花费：对于每个桥，到根桥的具有最少花费的路径（该路径 由网桥的根端口开始）的花费就是桥的根路径花费。 选取桥： 在每个LAN中都有一个桥被选为选取桥。这个桥是在那个LAN中 具有最少的到根桥的路径花费的桥。 只有这个选取桥允许把帧转发给那个 LAN或把来自于那个LAN的 帧转发出去。 选取端口： 选取桥的那个用来把桥连接到该LAN上的端口称为选取端口。 对于所有根桥连接的LAN而言，根桥就是选取桥。 所有到达LAN或从LAN出发的互连网中的通信都要经过选取端口。
引入生成树协议(STP)
LAN D
ROOT
LAN A
LAN B
LAN E
LAN C
通过阻断冗余链路来消除桥接网络中可能存在的路径回环 当前活动路径发生故障时激活冗余备份链路恢复网络连通性
生成树算法
解决路由回路的方法是让网桥互相通信，并且构造一棵到达每个 LAN
的生成树，路由根据生成树来进行
网桥α
网桥β
LAN X 站点A
网桥间的路由回路（续）
单播帧带来的问题 错误学习和重复转发： 假设桥都已经知道站点A和B的信息，并且站点A传输一 个到站点B的帧。 网桥α和β都会从LAN X收到帧，认为A在LAN X的一方， 并转发到LAN Y中。 –站点B就会收到这个帧的两个拷贝 –同时网桥 α 转发的帧被网桥 β 从 LAN Y 接收到，因 而认为站点 A 在 LAN Y 的这一方。即网桥 β 会认为 A 和B都在LAN Y，这样A和B之间的帧就会被过滤 单播帧的广播风暴 假设两个桥都还不了解站点B的存在,并且A传输一个到B 的帧 每个桥收到这个帧后由于没有B的信息会扩散到LAN Y上， 并且被另一个网桥收到后进一步扩散到LAN X，如此继 续形成单播帧的风暴