STP： spanning tree protocol - 生成樹協議

-STP： spanning tree protocol - 生成樹協議
1.作用：在交換網絡中，存在備份鏈路的情況，防止2層數據轉發環路的發生。
2.原理
++確定交換機的角色
----根交換機；非根交換機-----選舉依據：BID - bridge ID , 橋ID
優先級 + MAC地址
2Byte 6Byte
*注：選舉原則:
----首先比較 BID 的優先級，越小越好；默認是32768
-----如果優先級相同，則比較 MAC 地址，越小越好。 本質上是交換機的“基MAC地址”，也就是交換機的主板的MAC地址 - show version

++確定端口的角色
(root-port)根端口 ：在每一個非根交換機上，有且只有一個，距離根交換機，最近的端口
(designated-port)指定端口：在每一個網段(沖突域)，有且只有一個，距離根交換機，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的距離，距離的大小與端口帶寬有關系。
帶寬 cost(默認的對應關系)
10M -- 100
100M -- 19
1G -- 4
++確定端口狀態 down/disable:表示端口是關閉的，掛掉的；
listening：表示的是偵聽狀態，該狀態是不能收發用戶數據的
learning ：表示的是學習狀態，該狀態是不能收發用戶數據的
forwarding：表示的是轉發狀態，該狀態可以正常收發(最終狀態)
blocking：表示的是阻塞狀態，該狀態不能收發使用戶數據(最終狀態)
驗證命令：show spanning-tree // 查看交換機上的 STP 信息。
3.BPDU報文結構：
Root-ID //表示的是根交換機的 ID (優先級+base-MAC)
Cost //表示的是發送這個BPDU的交換機到根交換機的距離；
BID //表示的是發送這個BPDU的交換機的名字；
Port-ID //表示的是發送這個BPDU的交換機的出端口
hello-time //表示的是發送BPDU的周期，默認是2s；
forward-delay //表示的是轉發延遲，默認是15s；
max-age //表示的是最大存活時間，默認是20s；
注意：
STP在工作過程中，選擇交換機角色、端口角色時，是通過比較BPDU的以上的前面的4個字段來進行確定的。如果 root-id相同，則比較下一個，cost值越小越好，如果相同，則比較一下個BID越小越好，如果相同，則比較下一個Port-id越小越好，不可能相同。
-port-id的組成：
port-優先級 + port-號（默認是128）

4.所謂的收斂，指的是當網絡出現故障時，到再次恢復聯通所需要的時間。
-時間： 30s---50s
（隨著網絡的發展，基礎網絡對網絡收斂時間的要求越來越高，故30-50的時間太長了，所以我們開發了新的公有標準協議 - RSTP ， 快速生成樹。）
5.公有標準 私有協議(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：發現問題的效率提高了：
在傳統的STP中，一個交換機如果發現一個鏈路出現故障，則會產生一個 TCN BPDU ，為的是告訴根交換機，然后根交換機，重新產生一個新的 配置BPDU，然后下發給其他的所有的非根交換機。
在 RSTP 中，一個交換機如果發現一個鏈路出現故障的話，則會產生一個新的 TCN BPDU ，直接發送給與其相連的所有的交換機
②： 解決問題的效率提高了細化端口角色：
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；
精簡端口狀態： learning -> 學習(該狀態學習的MAC地址表)
forwarding -> 轉發
discarding -> 丟棄
（相當于STP中的 down / listening / blocking）
7.為什么是4096的倍數？
我們在配置交換機的 STP 優先級的時候，所配置的數值必須是 4096的倍數。因為在 BID 的2個字節的優先級中，其實表示優先級本身的，僅僅是4個bit，后面的12bit，表示的sys-id-ext，即擴展系統ID，其實數值本身為 VLAN號。主要的目的，就是為了引入以VLAN為基礎而運行的 STP ，比如 PVST
8.優點：
基于VLAN 設計 STP(PVST) ，可以讓我們在多個交換機之間，以 VLAN 為基礎進行流量的負載均衡，從而可以提高設備的利用率。
9.STP特性？
快速收斂 portfast uplink-fast
安全特性bpduguard bpdufilter root-guard
10.網關冗余協議
HSRP - 思科私有
VRRP - 共有標準