HCIE-R&S面试--STP选举原理，状态机和接口角色

矫情吗；* 2022-10-30 15:30 173阅读 0赞

# stp选举原理 #

STP是一个用于局域网中消除环路的协议。二层网络中，为了进行链路备份，提高网络可靠性，通常使用冗余链路。但是使用冗余链路会导致物理拓扑成环，从而导致二层环路，二层环路的危害有广播风暴和mac表震荡。从而影响网络通信。  
为了解决二层网络环路问题，出现了生成树协议（STP:spanning tree protocol)。  
通过STP协议，能够通过二层设备间交互信息主动发现环路并通过阻塞端口的方式将环状网络修剪为无环的树结构。  
STP在消除环路的同时也没有影响链路备份，当活动的路径发生故障时，之前被down掉的链路会被重新激活，恢复网络连通性。

# STP基本概念 #

## 一个根桥 ##

STP定义了一个树状网络结构，那么必须有一个唯一的根（root bridge）。它是网络的逻辑中心，但不一定是物理中心。根桥不是固定不变的，也会根据网络拓扑的变化动态变化。根桥是BID最小的桥，通过交互配置BPDU协议报文选出最小的BID。  
网络收敛后，根桥会按照一定的时间间隔产生并向外发送配置BPDU，其他设备收到该配置BPDU后，如果优先级比自己的配置BPDU高，那么非根桥设备会根据收到的配置BPDU中携带的信息更新自己的STP端口存储的配置BPDU信息，否则就丢弃这个配置BPDU。

## 两种度量 ##

STP的计算依据ID和路径开销

### id ###

分为BID(bridge id）和PID(port ID)

#### BID：桥ID ####

BID的组成是：16位的桥优先级（bridge priority)与48位的桥MAC地址构成。  
在STP中，BID最小的设备会被选举位根桥（ RB)

#### PID:端口ID ####

PID的组成是：4位的端口优先级（port priority）与12位的端口号。  
PID只在某些情况下对选择指定端口有作用。

### 路径开销（pathcost) ###

一个端口变量。是STP用于选择链路的参考值。STP通过计算路径开销，选择较为强壮的链路，阻塞多余的链路，将网络修剪成无环路的树状网络结构。  
在一个STP网络中，某个端口到根桥的路径开销就是所经过的各个桥上的各端口的路径开销累加而成，这个值叫做根路径开销（ROOT PATH COST)

## 三要素选举 ##

从环状结构到树状结构，有三个要素：根桥、根端口和指定端口。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2ODEzODU3_size_16_color_FFFFFF_t_70]

### 根桥RB ###

BID最小的桥，通过交互配置BPDU协议报文选出最小的BID。

### 根端口RP ###

非根桥上的去往根桥路径开销最小的端口，根端口负责向RB转发数据。RP的确定依赖根路径开销，非根桥上RP有且仅有一个，根桥上没有根端口。

### 指定端口DP ###

#### 对于一台设备而言 ####

指定桥是与本机直接相连的并且负责向本机转发配置消息的设备  
指定端口是指定桥向本机转发配置消息的端口。

#### 对于一个局域网而言 ####

指定桥是负责向本网段转发配置消息的设备  
指定端口是指定桥向本网段转发配置消息的端口。  
![在这里插入图片描述][20210220115329917.png]  
对于S2，S1就是它的指定桥，AP1就是S2的指定端口。  
对于LAN，如果S2负责向LAN转发配置消息，那么S2就是它的指定桥，BP2就是它的指定端口。  
根桥的所有端口都是指定端口。  
一旦RB，RP,DP选举成功，那么整个树形拓扑就算建立完毕，在拓扑稳定后，只有RP和DP转发流量，其他的端口都处于阻塞(Blocking)状态，他们只接收STP协议报文而不转发用户流量。

## 四个比较原则 ##

STP的四个比较原则  
**RBID>RPC>发送设备BID>发送端口PID**

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>字段内容</th> 
   <th>简要说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>根桥ID</td> 
   <td>有且仅有一个</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>根路径开销</td> 
   <td>发送配置BPDU的端口到根桥的距离，决定了到根桥的路径开销</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>发送设备BID</td> 
   <td>发送配置BPDU的设备的BID</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>发送端口PID</td> 
   <td>发出配置BPDU的端口的PID</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  最小BID:用来选举根桥（min)
 *  最小根路径开销：用来在非根桥上选举根端口，根桥的所有接口到根桥的跟路径开销都是0
 *  最小发送者BID：用来在非根桥上选举根端口，当非根桥存在两个及以上的最小根路径开销相等的端口时，选择接收到的配置消息中发送者BID较小的那个端口。
 *  最小PID:用来在非根桥上选举根端口，当非根桥存在两个及以上的最小根路径开销相等且BID也相等的端口时，选择PID较小的那个端口。![在这里插入图片描述][20210220120855586.png]

## 五种端口状态 ##

### forwarding ###

端口既转发用户流量也处理BPDU报文。只有根端口或指定端口才能进入forwarding状态

### learning ###

设备会根据收到的用户流量构建mac地址表，但是不会转发用户流量。是个过渡状态，增加learning状态防止临时环路。

### listening ###

确定端口角色，，将选举出根桥、根端口和指定端口。也是一个过渡状态。

### blocking ###

端口仅仅接收并处理BPDU，不转发用户流量。阻塞端口的最终状态。

### disabled ###

端口不仅不处理bpdu报文，也不转发用户流量。端口状态为down.  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2ODEzODU3_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

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[20210220115329917.png]: /images/20221024/818ae59f5e584f63a8ddbb89555fd6b7.png
[20210220120855586.png]: /images/20221024/6b0ae14b798c49cea6d940512fd73386.png
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