1、STP初始化與收斂要保證企業的網絡中的關鍵應用可持續性，就需要對交換網絡進行冗余設計，然而這將產生廣播風暴、“網絡環路”等問題，嚴重時，將導致整個網絡癱瘓？于是，STP生成樹解決辦法出現了     網絡冗余設計與廣播風暴的矛盾    廣播風暴的克星：設計STP網絡生成樹    技術剖析：STP生成樹初始化與收斂    案例分析：觀察生成樹收斂過程    實戰剖析：STP生成樹如何配置？    技術進化：RSTP快速生

2、成樹配置    生成樹初始化與收斂    STP建立一個根節點，稱為根網橋，并構建了一種拓撲，在這種拓撲中，網絡中每一個節點都只有一條路徑可以到達，最終生成的樹起源于根節點，不屬于最短路徑樹的一部分冗余鏈路會被阻塞，因為這樣的路徑被阻塞了，所以實現一個無環路的拓撲是有可能的。在阻塞鏈路上收到數據幀將會被丟棄。    STP需要網絡設備互相交換消息來檢測橋接環路，交換機發送的用于構建無環路拓撲的消息稱為網橋協議數據單元。阻塞端口會不斷收到BPDU，以保證當活動路徑或設備發生故障的時候，仍然可以計算出一棵新的

3、生成樹。BPDU將提供足夠的信息，所有交換機利用此信息可以完成以下的工作：    n         選擇一臺單獨的交換機作為生成樹的根。    n         計算它自身到根交換機的最短路徑。    n         對于每一個LAN網段，指定一臺交換機作為最接

4、近的交換機，稱它為指定交換機，指定交換機處理所有從LAN到根交換機的通信。    n         每個非根交換機選擇自身的一個端口作為根端口，它是到根交換機路徑最短的接口。    n         在每個網段上選擇屬于生成樹一部分的端口作為指定端口，非指定端口將被阻塞掉。    STP四步初始化原則    STP

5、在建立無環路邏輯拓撲時候，STP必須遵守“STP 四步初始化原則”，即：    第1步：最低的根BID。    第2步：最低的路徑開銷到根橋。    第3步：最低的發送方BID。    第4步：更低的端口ID。    當一臺網橋設備加電起動時，按照（Hello Time）時間間隔為2秒頻率向所有端口發送BPDU，網橋通過以上4個步驟來確定每個端口得到最優先的BPDU。如果自己最優先，則發送個對方，否則停止發送，接受對方的BPDU。如果在20秒時間

6、未能收到對方發來的優先級高的BPDU的話，則又開始重新發送BPDU來確認最優的BPDU。 2生成樹收斂的3個步驟    當交換機（網橋）全部加電時，所有的網橋全部向連接端口發送BPDU信息，然后立即進入STP無環路邏輯拓撲計算。生成樹從拓撲初始化到收斂成一個無環路的拓撲結構，可以分成3個步驟。    第1步：選擇根橋（Root Bridge），唯一的根橋被選舉。    第2步：選擇根端口（Root Ports），其他的網橋計算一系列的根端口。    第3步：選擇指定

7、端口（Designated ports），用于網段連接。    1）步驟1：選擇根橋    如圖8-8所示，網橋啟動時SW-1、SW-2和SW-3 3臺交換機全部發送BPDU聲明自己是網橋，網橋的優先級均為32768，此時開始比較MAC值。SW-2收到SW-3來的BID 32768.33-33-33-33-33-33，比自己的BID 32768.22-22-22-22-22-22高，認為自己是網橋，但同時也收到SW-1的BPDU的BID值為BID 32768.11-11-11-11-11-11比自己低，所以會認為SW-1為根橋，SW-

8、3也經過同樣的比較，認為SW-1為根橋。圖8-9顯示了根橋計算對比后的結果。  根橋選舉   根橋選舉結果    SW-2 BPDU Payload的Root BID值變化如下，Root BID從SW-1學來，寫入到端口1/1上，Sender BID 為自己的橋BID（注意：Sender BID =Bridge ID）。表8-4為SW-2選擇前與選擇后的比較。    表8-4 SW-2如何選擇根橋 BID項原值（啟動時）選擇根橋后Root BIDBID32768.22-22-

9、22-22-22-22BID 32768.11-11-11-11-11-11Sender BIDBID32768.22-22-22-22-22-22BID 32768.22-22-22-22-22-22 2）步驟2：選擇根端口    選擇根橋完畢之后，非根橋交換機必須選擇一個根端口，以便確定通信路徑。一臺網橋的根端口是離根橋最近的端口，這個“最近原則”是比較端口到根橋的最少路徑開銷，以太網的端口開銷值參見前面的表8-1中的內容。圖8-10顯示了根端口的選舉過程。    如圖8-10所示，根端口的所有端口的Path Cost值

10、全部為0，SW-1 和SW-2 為非根橋，它們必須選擇一個根端口，SW-2 收到從根橋來的Cost值為0，加上本身自己的Cost值為19，獲得1/1端口的Cost為19，而SW-2的1/2端口從SW-3收到的Cost的值為19，加上自己本身的Cost值19，總共為38，所以SW的1/1口為根橋。同理，SW-3的1/1端口為根端口。    3）步驟3：選擇一個指定端口    每一個以太網網段連接的端口必須有一個指定端口，每個以太網網段中的端口比較根橋路徑開銷（Root Path Cost），最低值得為指定端口。  &

11、#160; 下面將說明一種特殊情況。在圖8-11展示的網絡環境中分為：網段1、網段2和網段3。3生成樹端口狀態    在啟用Spanning-Tree的交換機，從“推舉了根橋指定端口非指定端口來建立一棵無環路樹根端口指定端口轉發BPDU配置消息”這個過程結束，而非指定端口阻斷網絡流量。STP關閉端口到轉發流量有5個過程，如下表8-6所示。交換機端口狀態狀    態功能與數據幀接收情況轉發（Forwarding）發送/接收用戶數據；接受從其他接口轉發來的數據幀；學習地址（BID的地址）；不接受BPDU配置信息學習（Learning）丟棄

12、從端口收到的數據幀；丟棄從其他接口轉發來的數據幀；學習地址（BID的地址）；接受BPDU配置信息監聽（Listening）丟棄從端口收到的數據幀；丟棄從其他接口轉發來的數據幀；不學習地址（BID的地址）；接受BPDU配置信息阻斷（Blocking）丟棄從端口收到的數據幀；丟棄從其他接口轉發來的數據幀；不學習地址（BID的地址）；接受BPDU配置信息。關閉（Disable）管理性關閉或線路中斷；丟棄從其他接口轉發來的數據幀；丟棄BPDU轉發數據幀；不學習地址（BID的地址）；不接受BPDU配置信息     在完全利用思科設備組成的交換網絡中，可以存在7種端

13、口狀態（Cisco私有的PortFast和UplinkFast）。圖8-12展示了各個端口狀態遷移的過程。STP運算中端口的狀態遷移圖    端口狀態遷移情況比較復雜。假設一個端口從Disable狀態或新接入到網絡中來，這時Disable狀態轉到Blocking狀態，Blocking狀態可以接受BPDU數據，在20秒的信息老化時間后，端口進入Listening。再經過15秒的BPDU數據比較，如果該端口接收到的BPDU數據為最優先的，則進入Learning狀態。這時如果收到的BPDU數據還是沒有比自己更優先的，則再等15秒的轉發延遲，端口進行轉發狀態，整個過程需要

14、50秒左右。    在上述的各個階段中，如果端口收到比自己更優先的BPDU配置信息，則直接轉入到Blocking狀態。在實際應用中，將一臺電腦插入到啟動了STP功能的交換機上，交換上的端口指示燈為桔黃色，需要等到20+15+15=50秒，燈才轉為正常，指示燈為綠色。這也是為什么將客戶端接入交換機后，不能馬上通信的真正原因。 4生成樹計時器    前面我們已經提到某些狀態到另一種狀態情況，這需要花費時間來判斷最優的BPDU配置信息，STP定義了三中STP定時器，如表8-7所示。    表8-7 生

15、成樹三個計時器屬性定 時 器功 能 描 述默 認 值Hello Time根橋發送BPDU配置信息的時間間隔2秒Foreword Delay監聽和學習狀態的轉發延時15秒Max AgeBPDU配置信息在端口中存儲的時限20秒    Hello Time是根橋發送BPDU更新的時間間隔，默認為2秒；Forward Delay（轉發延遲）是網橋在監聽和學習狀態時發生的，默認為15秒（監聽到學習為15秒，學習到轉發也是15秒）；Max Age網橋存儲BPDU的時間，時間為20秒，每2秒通過Hello Time來更新，一旦經過20秒時

16、沒有接收到Hello Time來的更新BPDU，網橋端口狀態就要發生變化。 5拓撲變化后的收斂    當非根橋檢測到拓撲改變時，產生TCN BPDU給上一級網橋，上級網橋收到拓撲改變（TC），回復拓撲改變確認（TCA），繼續向上傳播TCN BPDU，一直傳播到根橋，告訴根橋拓撲已經改變，根橋收到后，根橋傳播到新的配置BPDU到整個網絡，縮短其他根橋的MAC地址老換時間從300秒（300秒為交換機默認的MAC老化時間）到指定的轉發延遲時間30秒。    TCN BPDU在以下3種情況發送：   

17、n         當端口轉入轉發狀態而且網橋至少有一個指定端口。    n         當一個端口從轉發或學習狀態到阻斷狀態時候。    n         當指定端口收到TCN BPDU轉發給根橋時。    TCN BPDU的特性如下：  &

18、#160; n         TCN BPDU僅從根端口發出，配置BPDU僅從指定端口發出。    n         TCN BPDU發往根橋方向。    n         TCN BPDU使用可靠機制發送給根橋，當一臺網橋發送TCN BPDU，持續發送按照Hello Time間隔發送BDPU，直到上級網橋確認收到帶有拓撲確認標識（TCA）的配置BPDU。