STP： spanning tree protocol - 生成树协议

-STP： spanning tree protocol - 生成树协议
1.作用：在交换网络中，存在备份链路的情况，防止2层数据转发环路的发生。
2.原理
++确定交换机的角色
----根交换机；非根交换机-----选举依据：BID - bridge ID , 桥ID
优先级 + MAC地址
2Byte 6Byte
*注：选举原则:
----首先比较 BID 的优先级，越小越好；默认是32768
-----如果优先级相同，则比较 MAC 地址，越小越好。 本质上是交换机的“基MAC地址”，也就是交换机的主板的MAC地址 - show version

++确定端口的角色
(root-port)根端口 ：在每一个非根交换机上，有且只有一个，距离根交换机，最近的端口
(designated-port)指定端口：在每一个网段(冲突域)，有且只有一个，距离根交换机，最近的端口
(non-designated-port)非指定端口：其他所有端口，都称之为非指定端口。
在 STP 中，如何表示“距离”？
cost ：开销表示的是去往根交换机的距离，距离的大小与端口带宽有关系。
带宽 cost(默认的对应关系)
10M -- 100
100M -- 19
1G -- 4
++确定端口状态 down/disable:表示端口是关闭的，挂掉的；
listening：表示的是侦听状态，该状态是不能收发用户数据的
learning ：表示的是学习状态，该状态是不能收发用户数据的
forwarding：表示的是转发状态，该状态可以正常收发(最终状态)
blocking：表示的是阻塞状态，该状态不能收发使用户数据(最终状态)
验证命令：show spanning-tree // 查看交换机上的 STP 信息。
3.BPDU报文结构：
Root-ID //表示的是根交换机的 ID (优先级+base-MAC)
Cost //表示的是发送这个BPDU的交换机到根交换机的距离；
BID //表示的是发送这个BPDU的交换机的名字；
Port-ID //表示的是发送这个BPDU的交换机的出端口
hello-time //表示的是发送BPDU的周期，默认是2s；
forward-delay //表示的是转发延迟，默认是15s；
max-age //表示的是最大存活时间，默认是20s；
注意：
STP在工作过程中，选择交换机角色、端口角色时，是通过比较BPDU的以上的前面的4个字段来进行确定的。如果 root-id相同，则比较下一个，cost值越小越好，如果相同，则比较一下个BID越小越好，如果相同，则比较下一个Port-id越小越好，不可能相同。
-port-id的组成：
port-优先级 + port-号（默认是128）

4.所谓的收敛，指的是当网络出现故障时，到再次恢复联通所需要的时间。
-时间： 30s---50s
（随着网络的发展，基础网络对网络收敛时间的要求越来越高，故30-50的时间太长了，所以我们开发了新的公有标准协议 - RSTP ， 快速生成树。）
5.公有标准 私有协议(cisco)
IEEE 802.1d(STP) -生成树 PVST
IEEE 802.1w(RSTP) -快速生成树 PV-RSTP
IEEE 802.1s(MSTP) -多生成树 MIST
6.提高收敛速度的原因
①：发现问题的效率提高了：
在传统的STP中，一个交换机如果发现一个链路出现故障，则会产生一个 TCN BPDU ，为的是告诉根交换机，然后根交换机，重新产生一个新的 配置BPDU，然后下发给其他的所有的非根交换机。
在 RSTP 中，一个交换机如果发现一个链路出现故障的话，则会产生一个新的 TCN BPDU ，直接发送给与其相连的所有的交换机
②： 解决问题的效率提高了细化端口角色：
根端口
指定端口
替代端口 - 是根端口的替代者；
备份端口 - 是指定端口的备份者；
精简端口状态： learning -> 学习(该状态学习的MAC地址表)
forwarding -> 转发
discarding -> 丢弃
（相当于STP中的 down / listening / blocking）
7.为什么是4096的倍数？
我们在配置交换机的 STP 优先级的时候，所配置的数值必须是 4096的倍数。因为在 BID 的2个字节的优先级中，其实表示优先级本身的，仅仅是4个bit，后面的12bit，表示的sys-id-ext，即扩展系统ID，其实数值本身为 VLAN号。主要的目的，就是为了引入以VLAN为基础而运行的 STP ，比如 PVST
8.优点：
基于VLAN 设计 STP(PVST) ，可以让我们在多个交换机之间，以 VLAN 为基础进行流量的负载均衡，从而可以提高设备的利用率。
9.STP特性？
快速收敛 portfast uplink-fast
安全特性bpduguard bpdufilter root-guard
10.网关冗余协议
HSRP - 思科私有
VRRP - 共有标准