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华为HCIA-datacom 学习笔记8——生成树
生成树
1、技术背景： 二层交换机网络的冗余性与环路、人为错误导致的二层环路
2、二层环路带来的问题 广播风暴与MAC地址表漂移
3、STP基本概念 3.1 桥ID 由桥优先级与MAC地址构成，用来选举根桥，桥优先级默认为32768，修改的值必须为1024的倍数，优先级越小越优，MAC地址越小越优，先比较优先级，再比较MAC地址 3.2 根桥 桥ID最小的设备，网络的逻辑中心，可发送配置BPDU 3.3 Cost（开销） 交换机的每个端口的开销，用来计算根路径的开销，与带宽、单双工有关，带宽越大，Cost越小 3.4 RPC（根路径开销） 到达根桥的最小开销的路径 3.5 Port ID 由端口优先级和端口号组成，用来确定端口角色，默认128，取值范围为0-240步长为16
4、BPDU 4.1 配置BPDU 包含桥ID、路径开销和端口ID等参数，通过传递配置BPDU来选举根桥以及确定交换机各端口的角色，初始化状态下，每个设备都会发送配置BPDU，网络拓扑稳定后，只有根桥才能主动发送配置BPDU 4.2 TCN BPDU 非根交换机感知到网络拓扑变化时向根桥发送的拓扑变化的通知 4.3 报文主要字段 BPDU Type：指明BPDU的类型，若值为0x00为配置BPDU，若值为0x80，则为TCN BPDU Message Age：消息寿命，从根桥上发出配置BPDU之后的秒数 Max Age：最大寿命，默认20秒，当一段时间未收到任何BPDU，生存期达到最大寿命，设备则认为该接口连接的链路发生故障 Hello Time：根桥连续发生配置BPDU之间的时间间隔，默认2秒 Forward Delay：转发延迟，在侦听和学习状态所停留的时间间隔，默认15秒 4.4 配置BPDU的比较规则 最小的根桥ID（BID） 最小的RPC 最小的网桥ID 最小的接口ID
5、STP选举过程 选举根桥 非根网桥选举根端口 选举指定端口 阻塞非根、非指定端口
6、三种端口角色 6.1 指定端口 交换机向所连网段发送配置BPDU的接口，根桥的端口都是指定端口 6.2 根端口 非根网桥去根桥路径最优的端口，一个非根网桥只能有一个根端口，根桥上没有根端口 6.3 预备端口 非根、非指定端口，被阻塞，可以接收并处理BPDU但无法转发用户数据
7、STP计算过程 7.1 STP根桥选举过程 初始状态下，所有交换机都会发送配置BPDU宣告自己时根桥 当交换机收到其他交换机发送的配置BPDU后，会比较BPDU中的桥ID和自己的桥ID 交换机不断交互BPDU，对桥ID进行比较，最终选举出一台桥ID最小的交换机作为根桥，其余为非根桥根桥角色可抢占，当桥ID更小的交换机加入到网络中和，会重新进行计算选举 7.2 STP根端口选举过程 首先比较RPC，其次比较上行接口收到的BID，再其次比较上行交换机的PID，最后比较本机的PID，以上均为一项相同之后才比较下一步，规则均为越小越优 7.3 STP指定端口选举过程 首先比较RPC，其次比较链路两端的BID，再其次比较链路两端的PID，以上均为一项相同之后才比较下一步，规则均为越小越优 7.3 阻塞非指定端口
8、STP的五种接口状态 8.1 Disable 禁用状态，不处理和转发BPDU，也不转发用户流量 8.2 Blocking 阻塞状态，仅能接收和处理BPDU，不能转发BPDU，也不能转发用户流量，预备端口的最终状态 8.3 Listening 侦听状态，可以转发BPDU，但不能转发用户流量，15秒之后进入学习状态 8.4 Learning 学习状态，根据收到的用户流量构建MAC地址表，但不转发用户流量，此状态为了防止临时环路，15秒之后进入转发状态 8.5 Forwarding 转发状态，既可转发用户流量又可转发BPDU报文，只有根端口和指定端口才能进入该状态
9、网络拓扑发生变化
9.1 根桥故障
Max Age超时后，非根桥会发送配置BPDU选举新的根桥，收敛时间为Max Age加上两个Forward Delay，即20+15+15=50s9.2 直连链路故障
当检测到直连链路故障时，备用端口会从Blocking状态转为Listening-Learning-Forwarding状态，收敛时间为两个Forward Delay即30秒9.3 非直连链路故障
Max Age超时后，故障链路两端的非根网桥会认为根桥失效，向其他链路发送配置BPDU，而其他非根桥的预备端口一直收不到包含根桥ID的BPDU，在Max Age超时之后，会转发来自上游的包含桥ID的BPDU，发送配置BPDU的交换机接收到其他交换机发送的BPDU时，比较后放弃认为自己是根网桥，同时另一非根网桥的预备端口从Blocking状态转为Listening-Learning-Forwarding状态，收敛时间为Max Age加上两个Forward Delay，即50s9.4拓扑变更导致MAC地址表错误
非根网桥发送TCN BPDU，根桥收到之后告知其他非根桥MAC地址表的老化时间为Forward Delay 即15s，15s后MAC地址表正常10、RSTP概述 RSTP可以与STP实现后向兼容 10.1 RSTP的端口角色 根端口（Root）、指定端口、预备端口（Altn）、备份端口（Back） 10.1.1边缘端口 一般与终端设备连接，正常情况下不接收配置BPDU，不参与RSTP运算，直接从Disableding转到Forwarding，一旦边缘端口接收到BPDU会丧失边缘端口属性，成为普通STP端口
10.2 RSTP的端口状态
10.2.1 Disableding 既不转发用户流量，也不学习MAC地址 10.2.2 Learning 不转发用户流量但学习MAC地址 10.2.3 Forwarding 端口既转发用户流量，又学习MAC地址10.3 STP/RSTP的缺陷
所有VLAN共用一棵生成树10.4 MSTP
兼容STP/RSTP，既快速收敛，又提高冗余路径，实现VLAN数据的负载均衡 10.4.1 MSTP概述 每个生成树为一个实例整理： 毛尚杰、陈诺、江泽明、梁文婷 排版： 何颖连 审核： 蔡宗唐 
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