Spanning-tree 基本概念.note

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• 生成树的基本概念：

物理链路冗余，解决了单链路故障问题，但是这样会造成环路，容易形成广播风暴
 
生成树用于解决这个问题：
· 通过生成树协议，在逻辑上将特定端口进行阻塞，从而实现物理上存在冗余环境，而二层上有阻止环路的产生
· 当拓扑发生变更的时候，生成树协议能够探测到这些变化，并且及时自动调整接口状态，从而适应网络拓扑的变化，实现链路冗余 

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• Spanning-tree standards：

· 802.1D     //STP
· PVST+      //cisco私有协议，每个vlan拥有一颗单独的生成树实例
· 802.1W     //RSTP
· 802.1S     //MSTP
· PVRST+     //cisco私有，对RSTP的增强版

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• STP的操作：

1、每个广播域选择一个根桥
2、每个非根桥上选择一个根端口        //根端口就是朝向根的端口（根端口会接收来自根的BPDU）
3、每条链路选择一个指定端口          //指定端口转发从根端口接收到的BPDU
4、将没有身份的端口阻塞

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• 每个广播域选择一个根桥：

每个交换机都会有一个 8 个字节的 bridge ID：
桥MAC地址指的不是交换机的端口MAC地址，而是交换机主板的MAC地址

先比较优先级，优先级越小，越优先，选取最优的作为根桥
优先级相同，则比较MAC地址：
MAC地址按照顺序从左往右比较，数值越小越优先，选取最优的作为根桥

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• 每个非根桥上选择一个根端口（RP）：

1、端口到达根桥的最低路径成本（cost）    //根据BPDU报文中的 cost字段
最短路径是沿途的cost累加，而cost是基于链路的速率的
 
cost值相同，则比较：
2、最低的发送者网桥ID：
（2字节优先级 + 6字节MAC地址）
 
发送者网桥ID相同，则比较：
3、最低的发送者端口ID：
端口ID：比如 G0/1，G0/2，F1/1 这些
端口也有优先级，范围 0 - 240，默认值 128
端口ID中包含（端口优先级 + 端口ID号）
先比较端口优先级，优先级相等，再比较端口ID号（数值越小越优先）

1.
• 每条连接选择一个指定端口（DP）：

1、端口到达根桥的最低路径成本（cost）    //根据BPDU报文中的 cost字段
最短路径是沿途的cost累加，而cost是基于链路的速率的
 
cost值相同，则比较：
2、最低的发送者网桥ID：
（2字节优先级 + 6字节MAC地址）
 
发送者网桥ID相同，则比较：
3、最低的发送者端口ID：
端口ID：比如 G0/1，G0/2，F1/1 这些
端口也有优先级，范围 0 - 240，默认值 128
端口ID中包含（端口优先级 + 端口ID号）
先比较端口优先级，优先级相等，再比较端口ID号（数值越小越优先）

1、直接修改端口开销：
int g0/0    //进入接口
spanning-tree cost [自定义开销值]
spanning-tree cost 1
 
2、通过修改链路带宽以达到修改端口开销：（不建议使用这种方式）
int g0/0    //进入接口
bandwidth [单位 K]
bandwidth 10000    //更改链路带宽为 10000K（10M）

交换设备接入网络后，（认为自己是根桥）开始发送BPDU报文（配置BPDU）
BPDU报文默认每两秒发送一次（bridge ID被封装在BPDU报文中）
 
当一台交换机收到BPDU报文后，会查看其中封装的 bridge ID，将其与自己的 bridge ID 进行对比
· 如果自己的 bridge ID 比 BPDU报文 中封装的 bridge ID 要更优先，则将其替换掉，则将自己的 bridge ID 封装进 BPDU报文中，并将其转发（泛洪），继续周期发送BPDU报文
· 如果 BPDU报文 中封装的 bridge 比自己本地的 bridge 要更优先，则不会对其进行修改，将其转发（泛洪），停止周期发送BPDU报文
 
当网络收敛完后，只有根桥会发送 BPDU报文，其它非根桥设备则通过 根端口 接收根桥的 BPDU报文，并通过指定端口将其转发（这种行为被称为中继行为）

1、配置BPDU：
正常情况下，交换机发送的 BPDU报文
 
2、拓扑变更BPDU：
当网络拓扑发生变更时，交换机发送的 BPDU报文
 
- 通过 TYPE 字段继续区分：
· type 字段为 0，则表示是配置BPDU
· type 字段为 80，则表示是拓扑变更BPDU

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• BPDU报文字段解析：

· 协议 字段：
代表上层协议，值一般为 0
 
· 版本 字段：
802.1D（STP）版本的值为 0
 
· TYPE 字段：
type 字段为 0，则表示是配置BPDU
type 字段为 80，则表示是拓扑变更BPDU
 
· 标志 字段：
LSB最低有效位是1（最左边的一位数）
MSB最高有效位是1（最右边的一位数）
 
· 根ID 字段：
（两个字节的优先级 和 六个字节的MAC地址）
根网桥的桥 ID
（交换设备接入网络后，都会认为自己是该网络中的根桥，就会对外发送BPDU报文，该BPDU报文的 根ID字段 就是交换设备自身的桥ID）
 
· 路径开销(cost) 字段：
到达根桥的STP cost
当BPDU从根桥发出时，cost值为0，当交换机接收BPDU报文时，会在BPDU报文中的cost字段上加上自己接收该BPDU报文的端口的cost，然后将其转发
在收敛的过程中，交换机会通过比较从不同接口收到的BPDU报文中的cost字段来判断哪个接口更优，越小则越优
 
· 网桥ID 字段：
（两个字节的优先级 和 六个字节的MAC地址）
BPDU发送桥的ID
当交换设备转发根桥发送的BPDU报文时，会将BPDU报文中的网桥ID字段，替换成自身的桥ID（类似于转发数据包时替换源MAC地址）
当根桥发送BPDU报文时，根ID字段 和 网桥ID字段 都是根桥的 桥ID
 
· 端口ID 字段：
BPDU发送网桥的端口ID（端口优先级 + 端口号）
端口优先级 默认128
 
· 消息寿命（Message age）字段：
本质上是到达根桥的跳数，从根网桥发出BPDU之后的跳数，每经过一个网桥都减 1（类似TTL生存时间）
 
· 最大寿命（Max age）字段：
当交换机从接口接收到BPDU时，交换机会将接收到的BPDU保存在该接口缓存中，只会保存最优的BPDU，这个BPDU有一个生存时间，默认20秒
当 20秒 没有接收到该链路发送的BPDU时，则认为该接口连接的链路出现故障
 
· HELLO时间 字段：
根网桥连续发送的 BPDU之间的时间间隔，默认2秒
 
· 转发延迟 字段：
在监听和学习状态所停留的时间间隔，默认15秒
监听状态15秒
学习状态15秒

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• 端口开销（cost）：

是一个端口量，是STR/RSTP协议用于选择线路的参考值，端口路径开销的默认值及取值范围由选定的路径开销算法决定，路径开销与端口的带宽成反比