STP初始化与收敛

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要保证企业的网络中的关键应用可持续性，就需要对交换网络进行冗余设计，然而这将产生广播风暴、“网络环路”等问题，严重时，将导致整个网络瘫痪？于是，STP生成树解决办法出现了……

    网络冗余设计与广播风暴的矛盾
    广播风暴的克星：设计STP网络生成树
    技术剖析：STP生成树初始化与收敛
    案例分析：观察生成树收敛过程
    实战剖析：STP生成树如何配置？
    技术进化：RSTP快速生成树配置

    生成树初始化与收敛
    STP建立一个根节点，称为根网桥，并构建了一种拓扑，在这种拓扑中，网络中每一个节点都只有一条路径可以到达，最终生成的树起源于根节点，不属于最短路径树的一部分冗余链路会被阻塞，因为这样的路径被阻塞了，所以实现一个无环路的拓扑是有可能的。在阻塞链路上收到数据帧将会被丢弃。

    STP需要网络设备互相交换消息来检测桥接环路，交换机发送的用于构建无环路拓扑的消息称为网桥协议数据单元。阻塞端口会不断收到BPDU，以保证当活动路径或设备发生故障的时候，仍然可以计算出一棵新的生成树。BPDU将提供足够的信息，所有交换机利用此信息可以完成以下的工作：

    n         选择一台单独的交换机作为生成树的根。
    n         计算它自身到根交换机的最短路径。
    n         对于每一个LAN网段，指定一台交换机作为最接近的交换机，称它为指定交换机，指定交换机处理所有从LAN到根交换机的通信。
    n         每个非根交换机选择自身的一个端口作为根端口，它是到根交换机路径最短的接口。
    n         在每个网段上选择属于生成树一部分的端口作为指定端口，非指定端口将被阻塞掉。

    STP四步初始化原则
    STP在建立无环路逻辑拓扑时候，STP必须遵守“STP 四步初始化原则”，即：
    第1步：最低的根BID。
    第2步：最低的路径开销到根桥。
    第3步：最低的发送方BID。
    第4步：更低的端口ID。
    当一台网桥设备加电起动时，按照（Hello Time）时间间隔为2秒频率向所有端口发送BPDU，网桥通过以上4个步骤来确定每个端口得到最优先的BPDU。如果自己最优先，则发送个对方，否则停止发送，接受对方的BPDU。如果在20秒时间未能收到对方发来的优先级高的BPDU的话，则又开始重新发送BPDU来确认最优的BPDU。

 2．生成树收敛的3个步骤

    当交换机（网桥）全部加电时，所有的网桥全部向连接端口发送BPDU信息，然后立即进入STP无环路逻辑拓扑计算。生成树从拓扑初始化到收敛成一个无环路的拓扑结构，可以分成3个步骤。
    第1步：选择根桥（Root Bridge），唯一的根桥被选举。
    第2步：选择根端口（Root Ports），其他的网桥计算一系列的根端口。
    第3步：选择指定端口（Designated ports），用于网段连接。

    1）步骤1：选择根桥
    如图8-8所示，网桥启动时SW-1、SW-2和SW-3 3台交换机全部发送BPDU声明自己是网桥，网桥的优先级均为32768，此时开始比较MAC值。SW-2收到SW-3来的BID 32768.33-33-33-33-33-33，比自己的BID 32768.22-22-22-22-22-22高，认为自己是网桥，但同时也收到SW-1的BPDU的BID值为BID 32768.11-11-11-11-11-11比自己低，所以会认为SW-1为根桥，SW-3也经过同样的比较，认为SW-1为根桥。图8-9显示了根桥计算对比后的结果。

 根桥选举  

根桥选举结果

    SW-2 BPDU Payload的Root BID值变化如下，Root BID从SW-1学来，写入到端口1/1上，Sender BID 为自己的桥BID（注意：Sender BID =Bridge ID）。表8-4为SW-2选择前与选择后的比较。
    表8-4 SW-2如何选择根桥

    2）步骤2：选择根端口
    选择根桥完毕之后，非根桥交换机必须选择一个根端口，以便确定通信路径。一台网桥的根端口是离根桥最近的端口，这个“最近原则”是比较端口到根桥的最少路径开销，以太网的端口开销值参见前面的表8-1中的内容。图8-10显示了根端口的选举过程。
    如图8-10所示，根端口的所有端口的Path Cost值全部为0，SW-1 和SW-2 为非根桥，它们必须选择一个根端口，SW-2 收到从根桥来的Cost值为0，加上本身自己的Cost值为19，获得1/1端口的Cost为19，而SW-2的1/2端口从SW-3收到的Cost的值为19，加上自己本身的Cost值19，总共为38，所以SW的1/1口为根桥。同理，SW-3的1/1端口为根端口。
    3）步骤3：选择一个指定端口
    每一个以太网网段连接的端口必须有一个指定端口，每个以太网网段中的端口比较根桥路径开销（Root Path Cost），最低值得为指定端口。
    下面将说明一种特殊情况。在图8-11展示的网络环境中分为：网段1、网段2和网段3。

根端口的选举过程    

指定端口的选择过程

    SW-1的端口的根桥路径开销均为0，所有这两个段的指定端口为SW-1的1/1和1/2；但是网段3中SW-2和SW-3之间相连的端口的根路径开销均为38，这是必须按照“STP 四步初始化原则”进行比较，最后根据BID的值来决定谁是指定端口。
    网段3的SW-2和SW-3之间选择指定端口比较过程如表8-5所示。

  SW-2和SW-3之间选择指定端口比较