STP生成树协议——算法和过程
一、STP算法IEEE802.1D标准定义了STP的生成树算法。该算法依赖于BID、路径开销和端口ID参数来做出决定。
1、BID（网桥ID）：
BID是生成树算法的第一个参数，BID决定了桥接网络的中心，称为根网桥或根交换机。
BID参数是一个8字节域。前2个字节（10进制）称为"网桥优先级",后6个字节（16进制）是交换机的一个MAC地址。
网桥优先级用来衡量一个网桥的优先度，范围是0-65535,默认是32768.
思科交换机中的PVST+（每VLAN生成树）生成树协议使每个VLAN都有一个STP实例。
比较两个BID的大小的原则：一是网桥优先级小的BID优先，二是如果网桥优先级相同，BID中的后六个字节的MAC小的则BID优先。
2、路径开销：
路径开销是生成树算法的第二个参数，决定到根网桥（根交换机）的路径。
通俗说，路径开销是用来衡量网桥之间的距离的远近的，其值是两个网桥之间某条路径上所有链路开销的总和。
路径开销与跳数无关。
路径开销决定到根网桥或根交换机的最佳路径，最小的路径开销是到根交换机的最佳路径。
路径开销的值的规律：带宽越大，STP开销越小。
3、端口ID:端口ID是生成树算法的第三个参数，也决定到根交换机的路径。它由2个字节组成，包括"端口优先级"和"端口号",各占8位。
端口优先级值从0-255,默认128;端口号包括256个。
端口ID大小的判定与BID大小的判定相同。
二、STP的过程
1、STP判决和BPDU交换：
当创建一个逻辑无环的拓扑时，STP总是通过发送BPDU的第二层帧来传递生成树协议，并执行相同的4步判决顺序：
步骤1,确定根交换机；
步骤2,计算到根交换机的最小路径开销；
步骤3,确定最小的发送者BID;
步骤4,确定最小的端口ID.
网桥为每个端口协议按照收敛三个步骤做出处理。
（1）选举根交换机：
根交换机是一个具有最小BID的网桥，它是惟一的，是通过交换BPDU选举得出来的。
BPDU的格式：BPDU是网桥之间用来交换生成树信息的特殊帧，它在网桥之间传播，包括交换机和所有配置来进行桥接的路由器，BPDU不携带终端用户流量。
BPDU包括根BID、根路径开销、发送者BID和端口ID信息。
也就是说，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。
（2）选举根端口： 在根交换机选举完后，就开始选举根端口了。所谓根端口，就是按照路径开销最靠近根交换机的端口，也就是说具有最小根路径开销的端口。每一个非根交换机都必须选举一个根端口。 （3）选举指定端口： 通过以上两个步骤后，生成树算法还没有消除任何环路，因为还没有选举指定端口。所谓指定端口，就是连接在某个网段上的一个桥接端口，它通过该网段既向根交换机发送流量也从根交换机接收流量。桥接网络中的每个网段都必须有一个指定端口。 指定端口也是根据最小根路径开销来决定，因此根交换机上的每个活动端口都是指定端口，因为它的每个端口都具有最小根路径开销（实际是它的根路径开销是0）。 注意：指定端口只在中继端口（TRUNK口）起作用。接入端口在指定端口选举中不起任何作用。接入端口是用来连接到主机或者三层端口的。 3、STP状态 在网桥已经确定了根端口、指定端口和非指定端口后，STP就准备开始创建一个无环拓扑了。 为创建一个无环的拓扑，STP配置根端口和指定端口转发流量，非指定端口阻塞流量。 实际上，STP决定端口转发和阻塞看似只有这两个状态，实际上是有五种状态的。 （1）、Disabled（为了管理目的或者因为发生故障将端口关闭）； （2）、Blocking（在初始启用端口之后的状态。端口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（bridge protocol data unit）。如果检测到有一个桥接环，或者端口失去了它的根端口或者指定端口的状态，那么就会返回到Blocking状态）； （3）、Listening（如果一个端口可以成为一个根端口或者指定端口，那么它就转入监听状态。此时端口不能接收或者传输数据，也不能把MAC地址加入地址表，但可以接收和发送BPDU）； （4）、Learning（在Forward Delay计时时间到（默认15秒）后，端口进入学习状态，此时端口不能传输数据，但可以发送和接收BPDU,也可以学习MAC地址，并加入地址表）； （5）、Forwarding（在下一次转发延时计时时间到后，端口进入转发状态，此时端口能够发送和接收数据、学习MAC地址、发送和接收BPDU）。 在这些状态过程中，会引发网络拓扑结构发生改变。此时，发生变化的交换机会在它的根端口上每隔hello time时间就发送TCN BPDU,直到上级的指定网桥邻居确认了该TCN（拓扑结构变化通知）为止。当根网桥收到后，会发送设置了TC（topology change,拓扑改变）位的BPDU,通知整个生成树拓扑结构发生了变化。这会让所有的下级交换机把它们的Address Table Aging（地址表老化）计时器从默认值（300秒）降为Fordwarding Delay（默认为15秒），从而让不活动的MAC地址比正常情况下更快地从地址表更新掉
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