STP： spanning tree protocol - 生成樹協(xié)議

-STP： spanning tree protocol - 生成樹協(xié)議
1.作用：在交換網(wǎng)絡(luò)中，存在備份鏈路的情況，防止2層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)路的發(fā)生。
2.原理
++確定交換機(jī)的角色
----根交換機(jī)；非根交換機(jī)-----選舉依據(jù)：BID - bridge ID , 橋ID
優(yōu)先級(jí) + MAC地址
2Byte 6Byte
*注：選舉原則:
----首先比較 BID 的優(yōu)先級(jí)，越小越好；默認(rèn)是32768
-----如果優(yōu)先級(jí)相同，則比較 MAC 地址，越小越好。 本質(zhì)上是交換機(jī)的“基MAC地址”，也就是交換機(jī)的主板的MAC地址 - show version

++確定端口的角色
(root-port)根端口 ：在每一個(gè)非根交換機(jī)上，有且只有一個(gè)，距離根交換機(jī)，最近的端口
(designated-port)指定端口：在每一個(gè)網(wǎng)段(沖突域)，有且只有一個(gè)，距離根交換機(jī)，最近的端口
(non-designated-port)非指定端口：其他所有端口，都稱之為非指定端口。
在 STP 中，如何表示“距離”？
cost ：開銷表示的是去往根交換機(jī)的距離，距離的大小與端口帶寬有關(guān)系。
帶寬 cost(默認(rèn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系)
10M -- 100
100M -- 19
1G -- 4
++確定端口狀態(tài) down/disable:表示端口是關(guān)閉的，掛掉的；
listening：表示的是偵聽狀態(tài)，該狀態(tài)是不能收發(fā)用戶數(shù)據(jù)的
learning ：表示的是學(xué)習(xí)狀態(tài)，該狀態(tài)是不能收發(fā)用戶數(shù)據(jù)的
forwarding：表示的是轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，該狀態(tài)可以正常收發(fā)(最終狀態(tài))
blocking：表示的是阻塞狀態(tài)，該狀態(tài)不能收發(fā)使用戶數(shù)據(jù)(最終狀態(tài))
驗(yàn)證命令：show spanning-tree // 查看交換機(jī)上的 STP 信息。
3.BPDU報(bào)文結(jié)構(gòu)：
Root-ID //表示的是根交換機(jī)的 ID (優(yōu)先級(jí)+base-MAC)
Cost //表示的是發(fā)送這個(gè)BPDU的交換機(jī)到根交換機(jī)的距離；
BID //表示的是發(fā)送這個(gè)BPDU的交換機(jī)的名字；
Port-ID //表示的是發(fā)送這個(gè)BPDU的交換機(jī)的出端口
hello-time //表示的是發(fā)送BPDU的周期，默認(rèn)是2s；
forward-delay //表示的是轉(zhuǎn)發(fā)延遲，默認(rèn)是15s；
max-age //表示的是最大存活時(shí)間，默認(rèn)是20s；
注意：
STP在工作過程中，選擇交換機(jī)角色、端口角色時(shí)，是通過比較BPDU的以上的前面的4個(gè)字段來進(jìn)行確定的。如果 root-id相同，則比較下一個(gè)，cost值越小越好，如果相同，則比較一下個(gè)BID越小越好，如果相同，則比較下一個(gè)Port-id越小越好，不可能相同。
-port-id的組成：
port-優(yōu)先級(jí) + port-號(hào)（默認(rèn)是128）

4.所謂的收斂，指的是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，到再次恢復(fù)聯(lián)通所需要的時(shí)間。
-時(shí)間： 30s---50s
（隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)收斂時(shí)間的要求越來越高，故30-50的時(shí)間太長了，所以我們開發(fā)了新的公有標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議 - RSTP ， 快速生成樹。）
5.公有標(biāo)準(zhǔn) 私有協(xié)議(cisco)
IEEE 802.1d(STP) -生成樹 PVST
IEEE 802.1w(RSTP) -快速生成樹 PV-RSTP
IEEE 802.1s(MSTP) -多生成樹 MIST
6.提高收斂速度的原因
①：發(fā)現(xiàn)問題的效率提高了：
在傳統(tǒng)的STP中，一個(gè)交換機(jī)如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)鏈路出現(xiàn)故障，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè) TCN BPDU ，為的是告訴根交換機(jī)，然后根交換機(jī)，重新產(chǎn)生一個(gè)新的 配置BPDU，然后下發(fā)給其他的所有的非根交換機(jī)。
在 RSTP 中，一個(gè)交換機(jī)如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)鏈路出現(xiàn)故障的話，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的 TCN BPDU ，直接發(fā)送給與其相連的所有的交換機(jī)
②： 解決問題的效率提高了細(xì)化端口角色：
根端口
指定端口
替代端口 - 是根端口的替代者；
備份端口 - 是指定端口的備份者；
精簡(jiǎn)端口狀態(tài)： learning -> 學(xué)習(xí)(該狀態(tài)學(xué)習(xí)的MAC地址表)
forwarding -> 轉(zhuǎn)發(fā)
discarding -> 丟棄
（相當(dāng)于STP中的 down / listening / blocking）
7.為什么是4096的倍數(shù)？
我們?cè)谂渲媒粨Q機(jī)的 STP 優(yōu)先級(jí)的時(shí)候，所配置的數(shù)值必須是 4096的倍數(shù)。因?yàn)樵?BID 的2個(gè)字節(jié)的優(yōu)先級(jí)中，其實(shí)表示優(yōu)先級(jí)本身的，僅僅是4個(gè)bit，后面的12bit，表示的sys-id-ext，即擴(kuò)展系統(tǒng)ID，其實(shí)數(shù)值本身為 VLAN號(hào)。主要的目的，就是為了引入以VLAN為基礎(chǔ)而運(yùn)行的 STP ，比如 PVST
8.優(yōu)點(diǎn)：
基于VLAN 設(shè)計(jì) STP(PVST) ，可以讓我們?cè)诙鄠€(gè)交換機(jī)之間，以 VLAN 為基礎(chǔ)進(jìn)行流量的負(fù)載均衡，從而可以提高設(shè)備的利用率。
9.STP特性？
快速收斂 portfast uplink-fast
安全特性bpduguard bpdufilter root-guard
10.網(wǎng)關(guān)冗余協(xié)議
HSRP - 思科私有
VRRP - 共有標(biāo)準(zhǔn)