CCIE学习（8）——STP基础
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●802.1d STP（生成树协议）的作用：在交换机间防止环路发生。STP通过阻塞某些接口来实现。
●STP的实现过程，三步：
1）选举根交换机：最小bridge ID的交换机胜出（标准bridge ID指MAC地址+2字节优先权值）
2）确定每个交换机的根端口：每台交换机上到根交换机路径开销最小的端口
3）为每个段确定指定端口（Designated Port）：当多台交换机连入同一段时，那个转发Hello消息开销最小的交换机端口
●详解STP第一步
只有一台根交换机。其选举过程如下：每个交换机最初发送STP Hello BPDU（bridge protocol data unit）消息来参与竞选。如果一个交换机收到优先级更高的Hello（更小的bridge ID），它就停止自发送Hello以退出竞选，相反，它会转发更高优先级的Hello。最终，只剩下一台交换机还在发送Hello——它就是最后的胜出者。
初始的IEEE 802.1d bridge ID包含两个字段：
1）2字节的Priority字段，可进行配置以影响STP选举过程
2）6字节MAC地址，因为该字段是唯一的，就保证了最终有一台交换机在选举中能胜出。
●详解STP第二步
1）每隔Hello定时器时间（默认为2秒），根交换机创建并发送Hello消息。
2）每台交换机接收到Hello消息后，先更新Hello中的如下字段：开销，转发交换机的bridge ID，转发端口的优先级和转发端口号，然后再转发出去。
3）交换机不在稳定为阻塞状态的端口上转发Hello。
4）在交换机接收到Hello的所有端口中，到根交换机开销（Hello消息中的开销值+交换机STP端口开销值）最小的端口就是根端口。
IEEE 802.1d所规定的默认端口开销：
1）10Mbps接口：100
2）100Mbps接口：19
3）1Gbps接口：4
4）10Gbps接口：2
如果计算出的开销值有相等的情形，采用如下仲裁机制：
1）选择转发交换机bridge ID最小的
2）选择邻接交换机中端口优先值最小的
3）选择Hello中列出的内部端口号最小的
●详解STP第三步
会聚的STP拓扑只有一台交换机转发到每个LAN段，该交换机称为该段的指定交换机（designated switch），而用于转发到该段的端口称为指定端口。
指定端口是向该段发送含最小广告开销的Hello消息的端口。如果开销相等，仲裁机制与上同。
●收敛到新的STP拓扑
当STP有稳定拓扑时：
1）根交换机基于Hello定时器周期性地生成Hello。
2）每台非根交换机（基于Hello定时器）周期性在其根端口上接收根交换机的Hello消息。
3）每台交换机更新Hello消息并在其指定端口上转发出去。
4）对于每个阻塞端口，交换机周期性地由指定端口接收Hello消息（在阻塞端口上不再转发）。
如果网络拓扑发生变化，STP会重新收敛。如果根交换机失效，在最大时间定时器（默认为20秒）超时后，交换机会选举新的根交换机。
当STP重收敛发生时，有些CAM（Content Addressable Memory）记录会变成无效。为了更新CAM，可以考虑：
1）通知所有交换机CAM记录超时失效
2）每台交换机使用更短的定时器（与Forward Delay timer相等，默认为15秒）来使CAM记录超时失效。
因为有些交换机察觉不到STP拓扑的改变，所以其他察觉出变化的交换机有责任通知它们。为此，交换机可以用TCN（Topology Change Notification）BPDU通知根交换机，然后根交换机通知其余交换机。
●由阻塞状态转换到转发状态
当STP重收敛时，原来处于阻塞状态的端口可能转换为根端口或指定端口，此时端口处于转发状态。不过这个过程不是立即发生的，为了避免引起环路，这个转换过程一般如下：先将变化之前的阻塞状态的端口置于监听状态，然后再到学习状态（每个状态延续时间由转发延迟定时器决定（默认为15秒）），最后再转换。
802.1d STP接口状态表：
●为什么引入Per-VLAN生成树？
在STP应用中，我们会碰到这样一种情形：如果一个STP实例用于带冗余链接且含有多个VLAN的交换网络，那么有些端口就会处于阻塞状态，在稳定状态下也无法使用，而实际这些冗余链接是备份流量所必需的。Cisco的Per VLAN增值生成树（PVST+）功能可以对每个VLAN创建一个STP实例。这样，每个STP实例可以使用不同的根交换机，阻塞不同的接口，那么流量负载就能够在现有链接上得到均衡。
●需要注意的是，802.1Q本身不支持PVST+，但是Cisco交换机可以支持PVST over 802.1 trunk。现在所有Cisco交换机默认都设置PVST+。 本文出自 “第二次启航” 博客，请务必保留此出处http://riser.blog.51cto.com/252482/53101 本文出自 51CTO.COM技术博客 |
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