STP基本概念和狀態(tài)機-很詳細(xì)(共6頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上STP基本概念基本思想STP是數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。運行該協(xié)議的設(shè)備通過彼此交互信息發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的環(huán)路，并有選擇的對某個端口進行阻塞，最終將環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)修剪成無環(huán)路的樹形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而防止報文在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中不斷增生和無限循環(huán)，避免設(shè)備由于重復(fù)接收相同的報文造成處理能力下降。運行STP協(xié)議的設(shè)備采用配置消息BPDU（Bridge Protocol Data Unit，橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元）交互信息，一般簡稱為BPDU。BPDU分為兩大類： · 配置BPDU（Configuration BPDU）：用來進行生成樹計算和維護生成樹拓?fù)涞膱笪摹?#183; TCN BPDU（Top

2、ology Change Notification BPDU）：當(dāng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，下游設(shè)備用來通知上游設(shè)備網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化的報文。說明： 配置BPDU中包含了足夠的信息保證設(shè)備完成生成樹計算，其中包含重要信息如下： · 根橋ID：由根橋的優(yōu)先級和MAC地址組成，每個STP網(wǎng)絡(luò)中有且僅有一個根。 · 根路徑開銷：到根橋的最短路徑開銷。 · 指定橋ID：由指定橋的優(yōu)先級和MAC地址組成。 · 指定端口ID：由指定端口的優(yōu)先級和端口名稱組成。 · Message Age：配置BPDU在網(wǎng)絡(luò)中傳播的生存期。 · Max Age：配置B

3、PDU在設(shè)備中能夠保存的最大生存期。 · Hello Time：配置BPDU發(fā)送的周期。 · Forward Delay：端口狀態(tài)遷移的延時。一個根橋樹形的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)必須有樹根，于是STP引入了根橋（Root Bridge）概念。對于一個STP網(wǎng)絡(luò)，根橋在全網(wǎng)中只有一個，它是整個網(wǎng)絡(luò)的邏輯中心，但不一定是物理中心。根橋會根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓鴦討B(tài)變化。網(wǎng)絡(luò)收斂后，根橋會按照一定的時間間隔產(chǎn)生并向外發(fā)送配置BPDU，其他設(shè)備僅對該報文進行轉(zhuǎn)發(fā)，傳達拓?fù)渥兓涗?，從而保證拓?fù)涞姆€(wěn)定。兩種度量生成樹的生成計算有兩大基本度量依據(jù)：ID和路徑開銷。· IDID又分為：BID（B

4、ridge ID）和PID（Port ID）。§ BID：橋IDIEEE 802.1D標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定BID是由16位的橋優(yōu)先級（Bridge Priority）與橋MAC地址構(gòu)成。BID橋優(yōu)先級占據(jù)高16位，其余的低48位是MAC地址。在STP網(wǎng)絡(luò)中，橋ID最小的設(shè)備會被選舉為根橋。§ PID：端口IDPID由兩部分構(gòu)成的，高4位是端口優(yōu)先級，低12位是端口號。PID只在某些情況下對選擇指定端口有作用。說明： 端口優(yōu)先級可以影響端口在指定生成樹實例上的角色，詳細(xì)介紹請見。· 路徑開銷路徑開銷（Path Cost）是一個端口量，是STP協(xié)議用于選擇鏈路的參考值。STP協(xié)

5、議通過計算路徑開銷，選擇較為“強壯”的鏈路，阻塞多余的鏈路，將網(wǎng)絡(luò)修剪成無環(huán)路的樹形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在一個STP網(wǎng)絡(luò)中，某端口到根橋累計的路徑開銷就是所經(jīng)過的各個橋上的各端口的路徑開銷累加而成，這個值叫做根路徑開銷（Root Path Cost）。說明： 對于聚合鏈路，鏈路速率是聚合組中所有狀態(tài)為Up的成員口的速率之和。三要素選舉從環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)到樹形結(jié)構(gòu)，總體來說有三個要素：根橋、根端口和指定端口。以下結(jié)合介紹三要素。圖1 STP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) · 根橋RB（Root Bridge）根橋就是網(wǎng)橋ID最小的橋，通過交互配置BPDU協(xié)議報文選出最小的BID。· 根端口RP（Root P

6、ort）所謂根端口就是去往根橋路徑開銷最小的端口，根端口負(fù)責(zé)向根橋方向轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，這個端口的選擇標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)根路徑開銷判定。在一臺設(shè)備上所有使能STP的端口中，根路徑開銷最小者，就是根端口。很顯然，在一個運行STP協(xié)議的設(shè)備上根端口有且只有一個，根橋上沒有根端口。· 指定端口DP（Designated Port）指定橋與指定端口的描述見。表1 指定橋與指定端口的含義分類指定橋指定端口對于一臺設(shè)備而言與本機直接相連并且負(fù)責(zé)向本機轉(zhuǎn)發(fā)配置消息的設(shè)備指定橋向本機轉(zhuǎn)發(fā)配置消息的端口對于一個局域網(wǎng)而言負(fù)責(zé)向本網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)配置消息的設(shè)備指定橋向本網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)配置消息的端口如所示，AP1、AP2、BP1、BP

7、2、CP1、CP2分別表示設(shè)備S1、S2、S3的端口。§ S1通過端口AP1向S2轉(zhuǎn)發(fā)配置消息，則S2的指定橋就是S1，指定端口就是S1的端口AP1。§ 與局域網(wǎng)LAN相連的有兩臺設(shè)備：S2和S3，如果S2負(fù)責(zé)向LAN轉(zhuǎn)發(fā)配置消息，則LAN的指定橋就是S2，指定端口就是S2的BP2。圖2 指定橋與指定端口示意圖 一旦根橋、根端口、指定端口選舉成功，則整個樹形拓?fù)浣⑼戤?。在拓?fù)浞€(wěn)定后，只有根端口和指定端口轉(zhuǎn)發(fā)流量，其他的非根非指定端口都處于阻塞（Blocking）狀態(tài)，它們只接收STP協(xié)議報文而不轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量。四個比較原則STP選舉有四個比較原則，構(gòu)成消息優(yōu)先級向量： 根橋

8、ID，累計根路徑開銷，發(fā)送設(shè)備BID，發(fā)送端口PID 。配置BPDU中攜帶本端口的主要信息如所示。表2 四個重要信息字段字段內(nèi)容簡要說明根橋ID每個STP網(wǎng)絡(luò)中有且僅有一個根。累計根路徑開銷發(fā)送配置BPDU的端口到根橋的距離。發(fā)送設(shè)備BID發(fā)送配置BPDU的設(shè)備的BID。發(fā)送端口PID發(fā)出配置BPDU的端口的PID。STP網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備收到配置BPDU消息后，將比較中所述的字段，四個基本比較原則如下：說明： 在STP計算過程中，都遵循數(shù)值越小越好的原則。· 最小BID：用來選舉根橋。運行STP協(xié)議的設(shè)備之間根據(jù)所示根橋ID字段選擇最小的BID。 · 最小累計根路徑開銷：用

9、來在非根橋上選擇根端口。在根橋上，每個端口到根橋的根路徑開銷都是0。 · 最小發(fā)送者BID：當(dāng)一臺運行STP協(xié)議的設(shè)備要在兩個以上根路徑開銷相等的端口之中選擇根端口時，通過STP協(xié)議計算，將選擇接收到的配置消息中發(fā)送者BID較小的那個端口。如所示，假設(shè)S2的BID小于S3的BID，如果S4的A、B兩個端口接收到的BPDU里面的根路徑開銷相等，那么端口B將成為根端口。 · 最小PID：用于在根路徑開銷相同的情況下，不阻塞最小PID的端口，而是阻塞PID值較大的端口。如所示的情況下PID才起作用，S1的端口A的PID小于端口B的PID，由于兩個端口上收到的BPDU中，根路徑開銷

10、、發(fā)送交換設(shè)備BID都相同，所以消除環(huán)路的依據(jù)就只有PID。 圖3 應(yīng)用到PID進行比較的拓?fù)?五種端口狀態(tài)運行STP協(xié)議的設(shè)備上端口狀態(tài)如所示。表3 端口狀態(tài)端口狀態(tài)目的說明Forwarding端口既轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量也轉(zhuǎn)發(fā)BPDU報文。只有根端口或指定端口才能進入Forwarding狀態(tài)。Learning設(shè)備會根據(jù)收到的用戶流量構(gòu)建MAC地址表，但不轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量。過渡狀態(tài)，增加Learning狀態(tài)防止臨時環(huán)路。Listening確定端口角色，將選舉出根橋、根端口和指定端口。過渡狀態(tài)。Blocking端口僅僅接收并處理BPDU，不轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量。阻塞端口的最終狀態(tài)。Disabled端口不僅不轉(zhuǎn)發(fā)BP

11、DU報文，也不轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量。端口狀態(tài)為Down。端口狀態(tài)遷移機制如所示。圖4 端口狀態(tài)遷移圖 注意： 當(dāng)從MSTP模式切換到STP模式，運行STP協(xié)議的設(shè)備上端口支持的端口狀態(tài)仍然保持和MSTP支持的端口狀態(tài)一樣，支持的狀態(tài)僅包括Forwarding、Learning和Discarding，如所示。表4 端口狀態(tài)端口狀態(tài)說明Forwarding在這種狀態(tài)下，端口既轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量又接收/發(fā)送BPDU報文。Learning這是一種過渡狀態(tài)。在Learning下，交換設(shè)備會根據(jù)收到的用戶流量，構(gòu)建MAC地址表，但不轉(zhuǎn)發(fā)用戶流量，所以叫做學(xué)習(xí)狀態(tài)。Learning狀態(tài)的端口接收/發(fā)送BPDU報文，不轉(zhuǎn)發(fā)

12、用戶流量。DiscardingDiscarding狀態(tài)的端口只接收BPDU報文。對于STP，影響端口狀態(tài)和端口收斂有以下3個參數(shù)。· Hello Time運行STP協(xié)議的設(shè)備發(fā)送配置消息BPDU的時間間隔，用于設(shè)備檢測鏈路是否存在故障。設(shè)備每隔Hello Time時間會向周圍的設(shè)備發(fā)送配置消息BPDU，以確認(rèn)鏈路是否存在故障。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞€(wěn)定之后，該計時器的修改只有在根橋修改后才有效。新的根橋會在發(fā)出的BPDU報文中填充適當(dāng)?shù)淖侄我韵蚱渌歉鶚騻鬟f該計時器修改的信息。但當(dāng)拓?fù)渥兓?，TCN BPDU的發(fā)送不受這個計時器的管理。· Forward Delay設(shè)備狀態(tài)遷移的延遲

13、時間。鏈路故障會引發(fā)網(wǎng)絡(luò)重新進行生成樹的計算，生成樹的結(jié)構(gòu)將發(fā)生相應(yīng)的變化。不過重新計算得到的新配置消息無法立刻傳遍整個網(wǎng)絡(luò)，如果新選出的根端口和指定端口立刻就開始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的話，可能會造成臨時環(huán)路。為此，STP采用了一種狀態(tài)遷移機制，新選出的根端口和指定端口要經(jīng)過2倍的Forward Delay延時后才能進入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，這個延時保證了新的配置消息傳遍整個網(wǎng)絡(luò)，從而防止了臨時環(huán)路的產(chǎn)生。說明： Forward Delay Timer指一個端口處于Listening和Learning狀態(tài)的各自持續(xù)時間，默認(rèn)是15秒。即Listening狀態(tài)持續(xù)15秒，隨后Learning狀態(tài)再持續(xù)15秒。這兩個狀態(tài)下的端口會處于Blocking狀態(tài)，這正是STP用于避免臨時環(huán)路的關(guān)鍵。· Max Age端口的BPDU報文老化時間，可在根橋上通過命令人為改動老化時間。Max Age通過配置BPDU報文的傳輸，可保證Max Age在整網(wǎng)中一致。運行STP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中非根橋設(shè)備收到配置BPDU報文后，報文中的Message Age和Max Age會進行比較： § 如果Message Age小于等于Max Age，則該非根橋設(shè)備繼