华为认证学习笔记：生成树

以太网交换网络中为了进行链路备份，提高网络可靠性，通常会使用冗余链路。但是使用冗余链路会在交换网络上产生环路，引发广播风暴以及MAC地址表不稳定等故障现象，从而导致用户通信质量较差，甚至通信中断。为解决交换网络中的环路问题，提出了生成树协议STP。

本章重点：了解生成树的作用和基本原理

本章难点： 生成树的整个选举过程

1.STP概述

当接入一台新设备，网络的冗余增强了，但是又带来了新的问题，就是出现了二层环路

二层环路带来了诸多问题，可以说当一个公司的二层发生了环路，很快的时间企业网络将会瘫痪，因此生成树出现了，用于破环，同时生成树能够动态响应网络拓扑变化调整阻塞接口。

STP是一个用于局域网中消除环路的协议。运行该协议的设备通过彼此交互信息而发现网络中的环路，并对某些接口进行阻塞以消除环路。

STP在网络中运行后会持续监控网络的状态，当网络出现拓扑变更时，STP能够感知并且进行自动响应，从而使得网络状态适应新的拓扑结构，保证网络可靠性。

2.STP基本概念及原理

桥ID

IEEE 802.1D标准中规定BID由16位的桥优先级（Bridge Priority）与桥MAC地址构成。

每一台运行STP的交换机都拥有一个唯一的BID。BID桥优先级占据高16bit，其余的低48bit是桥MAC地址。在STP网络中，BID最小的设备会被选举为根桥。

根桥

根桥是一个STP交换网络中的“树根”。STP开始工作后，会在交换网络中选举一个根桥，根桥是生成树进行拓扑计算的重要“参考点”，是STP计算得出的无环拓扑的“树根”。

在STP网络中，桥ID最小的设备会被选举为根桥。在BID的比较过程中，首先比较桥优先级，优先级的值越小，则越优先，拥有最小优先级值的交换机会成为根桥；如果优先级相等，那么再比较MAC地址，拥有最小MAC地址的交换机会成为根桥。

COST

每一个激活了STP的接口都维护着一个Cost值，接口的Cost主要用于计算根路径开销，也就是到达根的开销。接口的缺省Cost除了与其速率、工作模式有关，还与交换机使用的STP Cost计算方法有关。接口带宽越大，则Cost值越小。

RPC

在STP的拓扑计算过程中，一个非常重要的环节就是“丈量”交换机某个接口到根桥的“成本”，也即RPC。一台设备从某个接口到达根桥的RPC等于从根桥到该设备沿途所有入方向接口的Cost累加。

Port ID

运行STP的交换机使用接口ID来标识每个接口，接口ID主要用于在特定场景下选举指定接口。接口ID由两部分构成的，高4 bit是接口优先级，低12 bit是接口编号。激活STP的接口会维护一个缺省的接口优先级，在华为交换机上，该值为128。用户可以根据实际需要，通过命令修改该优先级。

BPDU

BPDU是STP能够正常工作的根本。BPDU是STP的协议报文。STP交换机之间会交互BPDU报文，这些BPDU报文携带着一些重要信息，正是基于这些信息，STP才能够顺利工作。

BPDU分为两种类型：

配置BPDU（Configuration BPDU）

TCN BPDU（Topology Change Notification BPDU）

3.STP的选举过程（计算过程）

此图RP为根端口，DP为指定端口，AP为阻塞端口

1、在交换网络中选举一个根桥

STP在交换网络中开始工作后，每个交换机都会向网络中发送配置BPDU。配置BPDU中包含交换机自己的桥ID。网络中拥有最小桥ID的交换机成为根桥。我们可以修改优先级的方式来控制网络中的根桥，我把SW1的优先级改成0，所以在这个网络里，SW1是根桥

2、在每台非根桥上选举一个根端口

    每一台非根桥交换机都会在自己的接口中选举出一个接口。

非根桥交换机上有且只会有一个根接口。当非根桥交换机有多个接口接入网络中时，根接口是其收到最优配置BPDU的接口。

    选举规则

比较PC根路径开销

当RPC根路径开销相同时，比较BPDU发送端的桥ID

当BPDU发送端的桥ID相同时，比较发生者的端口ID

3、在每条链路上选举一个指定端口

根接口选举出来后，非根桥会使用其在该接口上收到的最优BPDU进行计算，然后将计算得到的配置BPDU与除了根接口之外的其他所有接口所收到的配置BPDU进行比较，一般情况下，根桥的所有接口都是指定接口

选举规则

比较PC根路径开销

当RPC根路径开销相同时，比较BPDU发送端的桥ID

当BPDU发送端的桥ID相同时，比较发生者的端口ID

4、非指定接口被阻塞

    一台交换机上，既不是根接口，又不是指定接口的接口被称为非指定接口。

STP操作的最后一步是阻塞网络中的非指定接口。这一步完成后，网络中的二层环路就此消除。

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