CCNA中的生成树协议

生成树协议（Spanning Tree Protocol，STP）是一种用于防止二层网络中出现环路或桥接环路的技术。该协议通过计算网络中节点的树状结构来避免这种环路现象。此外，生成树协议还可以防止MAC翻转现象的发生——所谓MAC翻转，是指当交换机从具有相同源MAC地址的不同接口上接收到数据包时发生的现象。

生成树通信：

• STP以BPDU（桥接协议数据单元）的形式来交换数据消息。
• 由于交换机并不了解其周围的其他交换机，因此它会发送带有自己端口的源MAC地址的BPDU帧。而目的MAC地址则采用STP多播地址，即0180.C200.0000。

Bridge ID是STP拓扑结构中每个交换机的唯一标识符，由8个字节组成。它包含两个部分：

1. 桥梁优先级其范围从0到65535（默认值为32768），再加上VLAN-id。
2. 基础MAC地址它是硬编码的，并且对于每个交换机来说都是唯一的。

在由STP计算出的生成树拓扑结构中，整个拓扑结构只存在一个根桥。其余的交换机则都是非根桥。

Root Bridge选举：

• 具有最低桥接ID的交换机（即优先级最低或MAC地址最低的交换机）会赢得选举，从而成为STP拓扑结构中的根桥。
• 最初，每个交换机都会启动其STP逻辑，通过发送Hello BPDU消息来表明自己为根桥。因为默认情况下，所有交换机的优先级都是相同的，而且该交换机并不了解其他交换机的Base MAC地址。
• 如果某个交换机在其任意端口上收到来自其他交换机的“Hello BPDU”消息，那么该交换机就会停止声称自己为根桥，同时也会停止发送“Hello BPDU”消息。最终，拥有最低桥接ID的交换机会停止发送“Hello BPDU”消息，从而赢得选举过程。

手动配置交换机的优先级：–

R1(config)#spanning-tree vlan <vlan-id> priority <priority-value>

STP中的端口类型：

1. 根端口 (RP)这些端口在成本方面与根桥最为接近，因此它们负责接收STP控制平面的通信流量。
   • 每个非根桥接设备都只有一个根端口，而其他端口则可以是指定端口或备用端口（具体取决于用户的选择）。
2. 指定港口它负责转发网络流量。
   • Root Bridge中的每一个端口都是被指定为“指定端口”的。
3. 备用端口/被阻塞的端口这是一个处于阻塞状态的备用端口。
   • 只有当当前的根端口出现故障时，才会触发此操作。

端口角色选择：

在选出根桥之后，每个交换机（非根桥）都会根据以下标准来选择合适的端口角色：–

• 成本（用于搭建根桥）

• 最低的发送者桥接ID
  • 最低优先级
  • 最低位的MAC地址
• 最低的发送方端口号
  • 最小端口优先级（默认值为128）
  • 最低端口号
• 最低接收器端口ID
  • 最小接收端口优先级（默认值为128）
  • 最小接收端口号

港口角色选举流程：

• 正如我们所看到的，Switch1成功赢得了“根桥”的选举，从而成为了根桥。因此，Switch1的所有端口都变成了“指定端口”。于是，Switch1开始通过其指定端口发送C-BPDU（由根桥生成的配置信息），而到达根桥的成本为0。

• Switch2在其e0/0端口（以太网端口）上接收到了C-BPDU数据包。该入口端口将到达根桥所需的代价从0更新为100。e0/0端口的传输速度为10 Mbps。之后，Switch2会通过其e0/1端口以100的代价来转发这个C-BPDU数据包。
• 同样，Switch3也会在其e0/0端口上接收到C-BPDU消息，并将其中的成本值从0更新为100。此外，Switch3还会通过其e0/1端口将该C-BPDU消息转发出去，该消息的传输成本为100。
• 现在，Switch2通过其e0/1端口接收到了C-BPDU消息。因此，该端口将成本值从100更新为200。同样，Switch3也通过其e0/1端口接收到了C-BPDU消息，该端口也将成本值从100更新为200。
• 在这里，选举将会进行。由于成本各不相同，因此会选择成本最低的选项。
• 在这种情况下，Switch2的e0/0端口胜出了选举（因为到达根桥的成本最低），因此它成为了根端口。同样地，Switch3的e0/0端口也胜出了选举，因为它同样具有最低的到达根桥的成本，所以它也成为了根端口。

• 现在，选举将在Switch2和Switch3之间的连接处进行，以确定谁将负责转发C-BPDU消息。也就是说，谁来负责将C-BPDU消息转发到另一个交换机上呢？
• 由于这两个交换机都发送并接收了对方的转发后的C-BPDU消息，因此它们可以判断出谁更优。
  • 首先，它们在接收到C-BPDU后，会检查其成本。由于两台交换机在到达根桥时所需的成本都是200，因此，这两个成本是相等的。
  • 其次，他们会检查发送方的Bridge ID（即Bridge优先级与基础MAC地址的组合）。由于两台交换机的优先级相同，那么拥有较低基础MAC地址的交换机将会获得选择权。
  • Switch2的基MAC地址比Switch3的基MAC地址低，因此Switch2在担任DP角色时具有优势。于是，其e0/1端口就被选为DP端口。
• 现在来看Switch3的情况，它已经有一个可用的Root Port了。而在非指定桥接设备上，只能有一个Root Port。因此，Switch3的e0/1端口被设置为Alternate Port。