STP简介与配置

# STP简介与配置

## STP介绍
### STP含义：
STP包含了两个含义，狭义的STP是指IEEE 802.1D中定义的STP协议，广义的STP是指包括IEEE 802.1D定义的STP协议以及各种在它的基础上经过改进的生成树协议。

### 迭代关系:
STP(生成树协议)-->RSTP(快速生成树协议)-->PVST(每VLAN生成树)-->MSTP(多生成树协议)

STP采用的协议报文是BPDU（Bridge Protocol Data Unit，桥协议数据单元），也称为配置消息。
BPDU分为：配置BPDU和TCN BPDU（拓扑变化通知BPDU）

### BPDU的包含信息：
- 根桥ID：由根桥的优先级和MAC地址组成；
- 根路径开销：到根桥的路径开销；
- 指定桥ID：由指定桥的优先级和MAC地址组成；
- 指定端口ID：由指定端口的优先级和该端口的全局编号组成；
- Message Age：BPDU在网络中传播的生存期；
- Max Age：BPDU在设备中的最大生存期；
- Hello Time：BPDU的发送周期；
- Forward Delay：端口状态迁移的延迟时间。

### 基本名词概念：

根桥：根桥在全网中有且只有一个，而且根桥会根据网络拓扑的变化而改变，因此根桥并不是固定的。在网络初始化过程中，所有设备都视自己为根桥，生成各自的配置BPDU并周期性地向外发送；但当网络拓扑稳定以后，只有根桥设备才会向外发送配置BPDU，其它设备则对其进行转发。

根端口：所谓根端口，是指非根桥设备上离根桥最近的端口。根端口负责与根桥进行通信。非根桥设备上有且只有一个根端口，根桥上没有根端口。

指定端口：非根桥设备上除根端口外的都是指定端口。

路径开销：路径开销是STP协议用于选择链路的参考值。STP协议通过计算路径开销，选择较为“强壮”的链路，阻塞多余的链路，将网络修剪成无环路的树型网络结构。

参考图例：

![](./media/202105/2021-05-24_114224.png)

### STP的BPDU传递机制
1. 当网络初始化时，所有的设备都将自己作为根桥，生成以自己为根的BPDU，并以Hello Time为周期定时向外发送。
2. 接收到BPDU的端口如果是根端口，且接收的BPDU比该端口的BPDU优，则设备将BPDU中携带的Message Age按照一定的原则递增，并启动定时器为这条BPDU计时，同时将此BPDU从设备的指定端口转发出去。
3. 如果指定端口收到的BPDU比本端口的BPDU优先级低时，会立刻发出自己的更好的BPDU进行回应。
4. 如果某条路径发生故障，则这条路径上的根端口不会再收到新的BPDU，旧的BPDU将会因为超时而被丢弃，设备重新生成以自己为根的BPDU并向外发送，从而引发生成树的重新计算，得到一条新的通路替代发生故障的链路，恢复网络连通性。
5. 不过，重新计算得到的新BPDU不会立刻就传遍整个网络，因此旧的根端口和指定端口由于没有发现网络拓扑变化，将仍按原来的路径继续转发数据。如果新选出的根端口和指定端口立刻就开始数据转发的话，可能会造成暂时性的环路。

### STP的时间参数
- Forward Delay：用于确定状态迁移的延迟时间。链路故障会引发网络重新进行生成树的计算，生成树的结构将发生相应的变化。不过重新计算得到的新BPDU无法立刻传遍整个网络，如果新选出的根端口和指定端口立刻就开始数据转发的话，可能会造成暂时性的环路。为此，STP采用了一种状态迁移的机制，新选出的根端口和指定端口要经过2倍的Forward Delay延时后才能进入转发状态，这个延时保证了新的BPDU已经传遍整个网络。
- Hello Time：用于设备检测链路是否存在故障。设备每隔Hello Time时间会向周围的设备发送hello报文，以确认链路是否存在故障。
- Max Age：用于判断BPDU在设备内的保存时间是否“过时”，设备会将过时的BPDU丢弃。

总结：
- 初始阶段，交换机通过向外发生BPDU进行比较确定根桥和根端口，并将其他端口进行阻塞。拓扑稳定。
- 如果出现拓扑变化，通过TCN BPDU，遵循BPDU传递规则进行重新计算，经过一定时间之后，全网BPDU同步之后拓扑稳定。