STP生成树.docx

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1、STP生成树 STP（Spanning Tree Protocol）是生成树协议的英文缩写，是OSI网络互联模型中的其次层（Date Link Layer）中的协议。 STP是基于什么须要所开发的协议： 一个优秀的网络工程师，冗余的思想是尤为重要的，因此在做某些网络互联的项目时，会运用多个交换机Switch进行保障通信，避开单点故障。可是假如几个交换机同时作用时，难免会发生一些问题：1，广播风暴。一个PC或者Host Server 发送一个广播broadcast，从而使形成环路的交换机不停的泛洪（由于交换机是二层设备，没有网络层封装帧的TTL数，所以这种广播风暴更为严峻），直到网络堵塞。2，帧

2、的多重复制。由于多台Switch转发数据，可以使目标路由器接收到几个相同的帧，这在三层路由的一些协议中，会出现故障。 3，MAC地址表不稳定。由于交换机中MAC表中，一个端口可对应多个MAC地址，而一个MAC无法对应多个端口。然而在多个Switch同时作用环路时，难免会造成MAC表学习重复，使MAC地址对应的端口不断被覆盖，造成MAC地址表不稳定。 基于以上问题，开发出来了STP生成树协议，该协议可应用于环路网络，通过肯定的算法实现路径冗余，同时将环路网络修剪成无环路的树型网络，从而避开报文在环路网络中的增生和无限循环。 生成树协议STP/RSTP 一.技术原理： STP的基本思想就是生成“一

3、棵树”，树的根是一个称为根桥的交换机，依据设置不同，不同的交换机会被选为根桥，但随意时刻只能有一个根桥。由根桥起先，逐级形成一棵树，根桥定时发送配置报文，非根桥接收配置报文并转发，假如某台交换机能够从两个以上的端口接收到配置报文，则说明从该交换机到根有不止一条路径，便构成了循环回路，此时交换机依据端口的配置选出一个端口并把其他的端口堵塞，消退循环。当某个端口长时间不能接收到配置报文的时候，交换机认为端口的配置超时，网络拓扑可能已经变更，此时重新计算网络拓扑，重新生成一棵树。 总之，其目的就是在不影响冗余的状况下，避开交换机环路的出现。 详细的选举步骤为： 1、One root bridge p

4、er network（在网络中选一个根桥） 2、One root port per nonroot bridge（在每一个非根桥中选举一个根端口称为RP） 3、One designated port per segment（在每条链路中选举一个指定端口称为DP） 4、Nondesignated ports are unused（剩下的一个端口为BLOCK状态） 选举原则： 1，在全部交换机中Bridge ID越低，越优先。 【先介绍一下Bridge ID，Bridge ID又两部分组成，Bridge Priority，MAC Adre。Bridge Priority为桥优先级，默认为32768

5、；MAC Adre就是交换机的MAC地址。注：假如想把指定交换机设为根桥，可把改交换机的Bridge Priority设为更低，一般设为0】 2，选举根端口时，根据以下原则。COST-Port ID,先比较COST值，即该端口到根桥的花费。COST值越低越优先。 【COST值】 带宽COST 10Gps2 1Gps4 100M19 10M100 假如COST值相同的话，再比较Port ID,Port 0优先与Port 1。 3，选举DP，规则为COST-Bridge ID。先比较COST，当COST相同时，再比较桥ID，桥ID越小越优先。 4，最终剩下的那个唯一的端口即为BLOCK状态，即不运

6、作，但会接收BPDU报文，监听其他正常运用的交换机是否工作正常，如不正常马上启用。 Spanning-tree transits each port through several different states: 1，收BPDU报文，如20s没有收到回包，即转入下一步骤。-只可收BPDU报文 2，Listening 届时15s 此期间，会进行STP选举-可以收、发BPDU报文，不转发用户数据 3，Learning 届时15s 此期间会学习MAC地址，为以后削减泛洪流量做打算 4，Forwarding 以上可以看出，STP协议会持续50s，这就是有的PC开机后50s后才可以上网，进行数据传输

7、。为此，由开发了RSTP协议（快速生成树协议），收敛速度可达到1s。 二.功能介绍： 生成树协议最主要的应用是为了避开局域网中的网络环回，解决成环以太网网络的“广播风暴”问题，从某种意义上说是一种网络爱护技术，可以消退由于失误或者意外带来的循环连接。STP也供应了为网络供应备份连接的可能，可与SDH爱护协作构成以太环网的双重爱护。新型以太单板支持符合ITU-T 802.1d标准的生成树协议STP及802.1w规定的快速生成树协议RSTP，收敛速度可达到1s。 但是，由于协议机制本身的局限，STP爱护速度慢（即使是1s的收敛速度也无法满意电信级的要求），假如在城域网内部运用STP技术，用户网络的

8、动荡会引起运营商网络的动荡。目前在MSTP 组成环网中，由于SDH爱护倒换时间比STP协议收敛时间快的多，系统采纳依旧是SDH MS-SPRING或SNCP，一般倒换时间在50ms以内。但测试时部分以太网业务的倒换时间为0或小于几个毫秒，缘由是内部具有较大缓存。SDH爱护倒换动作对MAC层是不行见的。这两个层次的爱护可以协调工作，设置肯定的拖延时间(hold-off),一般不会出现多次倒换问题。 一、STP算法 IEEE802.1D标准定义了STP的生成树算法。该算法依靠于BID、路径开销和端口ID参数来做出确定。 1、BID（网桥ID）： BID是生成树算法的第一个参数，BID确定了桥接网络

9、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065535，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，二是假如网桥优先级相同，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其次个参数，确定到根网桥（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

10、条路径上全部链路开销的总和。 路径开销与跳数无关。 路径开销确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，也确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0255，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的其次层帧来传递生成树协议，并执行相同的4步判决依次： 步骤1，确定根交换机；

11、 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，交换机会运用四步判决过程来推断此BPDU是否比该端口原来存储的BPDU更好，假如新收到的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，其上全部端口每隔一个HELLO时间（默认2秒）发送一次BPDU；假如一个端口发觉从其他网桥收到的BPDU比自己发送的好，则本地端口就停止发送BPDU；假如在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

12、则重新起先发送BPDU，即最大生存时间是最佳BPDU的超时时间。 2、STP收敛的三个步骤： 生成树算法收敛于一个无环拓扑的初始过程包含三个选举步骤： 步骤1选举一个根交换机。 步骤2选举根端口。 步骤3选举指定端口。 在网络第一次“初始”时，全部网桥都洪泛混合的BPDU信息，网桥通过执行STP四步判决过程，形成整个网络或VLAN惟一的生成树。在网络稳定后，BPDU从根网桥流出，沿着无环支路到达网络中的每一个网段。网络发生改变时，生成树协议根据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

13、是网桥之间用来交换生成树信息的特别帧，它在网桥之间传播，包括交换机和全部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来发觉谁是最小的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，当它发觉有比自己小的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，就起先选举根端口了。所谓根端口，就是根据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需选举一个根端口。 （3）选举指定端口

14、： 通过以上两个步骤后，生成树算法还没有消退任何环路，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需有一个指定端口。 指定端口也是依据最小根路径开销来确定，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）。 留意：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就打算起先创建一个无环拓

15、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，非指定端口堵塞流量。事实上，STP确定端口转发和堵塞看似只有这两个状态，事实上是有五种状态的。 （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）。假如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（假如一个端口可以成为一个根端口或者指定端口，那么它就转

16、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变更。此时，发生改变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

17、该TCN（拓扑结构改变通知）为止。当根网桥收到后，会发送设置了TC（topology change，拓扑变更）位的BPDU，通知整个生成树拓扑结构发生了改变。这会让全部的下级交换机把它们的Addre 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地址比正常状况下更快地从地址表更新掉 STP生成树 STP分析 STP报告 STP战略 STP分析报告 STP理论简介 无限极STP STP战略分析写作 德芙巧克力STP分析 数据结构课程设计最小生成树 本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！第13页 共13页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页