HCIE-RS面试---STP拓扑变化过程

ゝ一纸荒年。 2022-10-31 04:11 250阅读 0赞

BPDU:bridge protocol data unit,网桥协议数据单元。  
网络中所有设备使能STP后，每一台设备都以为自己是根桥。此时，每台设备仅仅收发配置BPDU，而不转发用户流量，所有的端口都处于listening状态，所有设备通过交换配置BPDU后，进行选举工作，选出根桥、根端口和指定端口。

# BPDU报文的交互过程 #

![在这里插入图片描述][20210221104229996.png]  
根桥BID，累计根路径开销、发送者BID,发送端口PID构成有序组。配置BPDU会按照Hello Timer规定的时间间隔来发送。

# STP算法实现的基本过程 #

## 1、初始状态 ##

由于每个桥都以为自己是根桥，所以在每个端口所发出的BPDU中，根桥字段都是用各自的BID,root path cost字段是累计的到达根桥的开销，发送者BID是自己的BID,端口PID是发送该BPDU端口的端口ID。

## 2、选择根桥 ##

网络初始化时，网络中所有的STP设备都自以为根桥，根桥ID为自身的BID，通过交换BPDU，设备之间比较BID，BID最小的设备被公认为根桥。至此，根桥确定。

## 3、选择根端口和指定端口 ##

### 3.1 非根桥将接收最优BPDU的那个端口定为根端口。 ###

#### 最优配置消息的选择过程 ####

##### 1 每个端口将收到的配置消息与自己的配置消息进行比较 #####

*  如果收到的配置消息优先级比较低，则将其直接丢弃，对自己的配置消息不进行任何处理；
 *  如果收到的配置消息优先级较高，则用该配置消息的内容将自己配置消息的内容替换掉。
 *  如果收到的配置消息优先级与自己相同， 则将其直接丢弃。

##### 2 设备将所有端口的配置消息进行比较，选出最优的配置消息 #####

### 3.2 设备根据根端口的配置消息和根端口的路劲开销，为每个端口计算一个指定端口配置消息： ###

*  RBID字段替换为RP的收到的BPDU中的RBID字段（BPDU中原来的RBID字段为自身BID，由于从RP收到的BPDU中得到了真正的RBID，将此字段进行替换）
 *  根路径开销字段替换为RP收到的根路径开销加上RP对应的路径开销。（原来为0，即根桥所有端口到根桥的路径开销为0）
 *  发送者BID替换为自身设备的ID
 *  发送端口PID替换为自身端口ID

### 3.3 设备将计算出的配置消息与角色待定端口自己的配置消息进行比较： ###

*  如果计算出的配置消息更优，则该端口被确定为指定端口，其配置消息也被计算出的配置消息替换，并周期性地向外发送；
 *  如果该端口自己的配置消息更优，则不更新该端口的配置消息并将该端口阻塞，该端口将不再转发数据，且只接收不发送配置消息。

# STP算法实现过程 #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2ODEzODU3_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
A,B,C的优先级分别为0，1，2，A与B之间，A与C之间，B与C之间链路的路径开销分别为5，10，4.

## 1 各设备的初始状态 ##

**注意:四元组：\{根桥ID，累计根路径开销，发送者BID，发送端口PID\}**

### A ###

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>端口名称</th> 
   <th>端口的配置消息</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Port A1</td> 
   <td>{0,0,0,pa1}</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Port A2</td> 
   <td>{0,0,0,pa2}</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### B ###

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>端口名称</th> 
   <th>端口的配置消息</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Port B1</td> 
   <td>{1,0,1,pb1}</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Port B2</td> 
   <td>{1,0,1,pb2}</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### C ###

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>端口名称</th> 
   <th>端口的配置消息</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Port C1</td> 
   <td>{2,0,2,pc1}</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Port C2</td> 
   <td>{2,0,2,pc2}</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 2 各设备的比较过程及结果 ##

### A ###

#### 比较过程 ####

*  Port A1收到Port B1的配置消息\{1，0，1，Port B1\}，发现自己的配置消息\{0，0，0，Port A1\}更优，于是将其丢弃。
 *  Port A2收到Port C1的配置消息\{2，0，2，Port C1\}，发现自己的配置消息\{0，0，0，Port A2\}更优，于是将其丢弃。
 *  DeviceA发现自己各端口的配置消息中的根桥和指定桥都是自己，于是认为自己就是根桥，各端口的配置消息都不作任何修改，此后便周期性地向外发送配置消息。

#### 比较结果 ####

*  Port A1：\{0，0，0，Port A1\}
 *  Port A2：\{0，0，0，Port A2\}

### B ###

#### 比较过程一 ####

*  pb1收到pa1的发来的配置消息\{0,0,0,pa1\}，发现比自己的配置消息\{1，0，1，pb1\}更优，于是更新自己的配置消息。
 *  pb2收到pc2发来的配置消息\{2，0，2，pc2\}，发现自己的配置消息\{1，0，1，pb2\}更优，于是将其丢弃。

#### 比较结果二 ####

*  PB1:\{0,0,0,PA1\}
 *  PB2:\{1,0,1,PB2\}

#### 比较过程二 ####

*  B比较自己各端口的配置消息，发现PB1的配置消息最优，于是将其指定为根端口，，其配置消息不变。
 *  B根据根端口PB1的配置消息和路径开销，为PB2计算出指定端口的配置消息\{0，5，1，PB2\},然后与BP2本身的配置消息进行比较，发现计算出的配置消息更优，于是PB2被定为指定端口，其配置消息也被替换为计算出的配置消息，并周期性向外发送。

#### 计算结果二 ####

*  根端口PB1:\{0,0,0,PA1\}
 *  指定端口PB2:\{0,5,1,PB2\}

### C ###

#### 计算过程一 ####

*  PC1收到PA2的配置消息\{0，0，0，PA2\}，发现其比自己的配置消息\{2，0，2，PC1\}更优，于是更新自己的配置消息。
 *  PC2收到PB2更新前的配置消息\{1，0，1，PB2\}，发现其比自己的配置消息\{2，0，2，PC2\}更优，于是更新自己的配置消息。

#### 计算结果一 ####

*  PC1:\{0,0,0,PA2\}
 *  PC2:\{1,0,1,PB2\}

#### 计算过程二 ####

*  C比较自己各端口的配置消息，发现PC1的配置消息最优，于是该端口被确定为根端口，其配置消息不变。
 *  C根据根端口的配置消息和路径开销，为PC2计算出指定端口的配置消息\{0，10，2，PC2\}，然后与PC2本身的配置消息\{1，0，1，PB2\}进行比较，发现计算出的配置消息更优，于是PC2被确定为指定端口，其配置消息更新为计算出的配置消息

#### 计算结果二 ####

*  PC1:\{0,0,0,PA2\}
 *  PC2:\{0,5,1,PB2\}

#### 计算过程三 ####

*  C比较PC1的根路径开销10与PC2的根路劲开销9，发现后者更小，于是PC2的配置消息更优，于是PC2被确定为根端口，其配置消息不变。
 *  C根据根端口的配置消息和路径开销，为PC1计算出指定端口的配置消息\{0，9，2，PC1\}，然后与PC1本身的配置消息\{0，0，0，PA2\}进行比较，发现本身的配置消息更优，，于是PC1被阻塞，其配置消息不变。从此，，PC1不再转发数据，直到有触发STP计算的新情况出现，如B与C之间的链路down掉。

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，则非根桥设备会根据收到的配置BPDU中携带的信息更新自己相应的端口存储的配置BPDU信息，否则会丢弃该配置BPDU。

# STP 拓扑变化 #

![TCN的发送和TC的泛洪][TCN_TC]

1.  T点接口发生变更后，下游设备会不间端地向上游设备发送TCN BPDU报文。
2.  上游设备收到下游设备发来的TCN BPDU报文后，只有指定端口处理TCN BPDU报文，其他端口也有可能收到TCN BPDU报文，但不会处理。
3.  上游设备会将配置BPDU报文中的flags字段中的TCA位置1，然后发送给下游设备，告知下游设备停止发送TCN BPDU报文。
4.  上游设备复制一份TCN BPDU报文，向根桥方向发送。
5.  重复步骤1，2，3，4.直到根桥收到TCN BPDU报文。
6.  根桥把配置BPDU报文中flags的TC位和TCA位同时置1 后发送，TC位置1 是为了通知下游设备直接删除桥MAC地址表项，TCA位置1 是为了通知下游设备停止发送TCN BPDU报文。  
    **说明：**

*  TCN BPDU报文主要用来向上游设备乃至根桥通知拓扑变化。
 *  置位的TCA标记的配置BPDU报文主要是上游设备用来告知下游设备已经知道拓扑变化，通知下游设备停止发送TCN BPDU报文。
 *  置位的TC标记的配置BPDU报文主要是上游设备用来告知下游设备拓扑发生变化，请下游设备直接删除桥MAC地址表项，从而达到快速收敛的目的。

# 总结 #

## 选举方法 ##

*  1、选择根桥
 *  2、非根桥上选择根端口
 *  3、冲突域上选择指定端口
 *  4、既不是RP也不是DP的就是AP

## 在稳定STP网络中端口状态只有2种 ##

### 1、discasrding(AP) ###

### 2、forwarding（RP.DP) ###

## 最优BPDU的选择 ##

*  1 root id 最小
 *  2 rpc积累和
 *  3 bid最小
 *  4 pid最小

## 选举的算法 ##

*  root id 最小是根桥
 *  非根桥bpdu最好的端口是RP
 *  根据RP计算DP的BPDU参数，如果比指定端口的本身的BPDU参数好，则该端口为DP端口，如果没有比指定端口本身的BPDU参数好，则该端口为AP。

### RP失效，存在AP，网络需要30s恢复连接 ###

### RP失效，不存在AP，网络需要50s恢复连接 ###

[20210221104229996.png]: /images/20221024/0746d3c6bd6d45fb997fd3a6c552c944.png
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[TCN_TC]: /images/20221024/f1a3847dfdf64ea2839bdde594bf16f9.png