BPDU路徑連接原理

在一個橋接的局域網(wǎng)里，為了增強可靠性，必然要建立一個冗余的路徑，網(wǎng)段會用冗余的網(wǎng)橋連接。但是，在一個透明橋橋接的網(wǎng)絡里，存在冗余的路徑就能建立一個橋回路，橋回路對于一個局域網(wǎng)是致命的。

生成樹協(xié)議是一種橋嵌套協(xié)議，在IEEE 802.1d規(guī)范里定義，可以用來消除橋回路。它的工作原理是這樣的:生成樹協(xié)議定義了一個數(shù)據(jù)包，叫做橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元BPDU(Bridge Protocol Data Unit)。網(wǎng)橋用BPDU來相互通信，并用BPDU的相關機能來動態(tài)選擇根橋和備份橋。但是因為從中心橋到任何網(wǎng)段只有一個路徑存在，所以橋回路被消除。

在一個生成樹環(huán)境里，橋不會立即開始轉(zhuǎn)發(fā)功能，它們必須首先選擇一個橋為根橋，然后建立一個指定路徑。在一個網(wǎng)絡里邊擁有最低橋ID的將變成一個根橋，全部的生成樹網(wǎng)絡里面只有一個根橋。根橋的主要職責是定期發(fā)送配置信息，然后這種配置信息將會被所有的指定橋發(fā)送。這在生成樹網(wǎng)絡里面是一種機制，一旦網(wǎng)絡結構發(fā)生變化，網(wǎng)絡狀態(tài)將會重新配置。

當選定根橋之后，在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包之前，它們必須決定每一個網(wǎng)段的指定橋，運用生成樹的這種算法，根橋每隔2秒鐘從它所有的端口發(fā)送BPDU包，BPDU包被所有的橋從它們的根端口復制過來，根端口是接根橋的那些橋端口。BPDU包括的信息叫做端口的COST，網(wǎng)絡管理員分配端口的COST到所有的橋端口，當根橋發(fā)送BPDU的時候，根橋設置它的端口值為零。然后沿著這條路徑，下一個橋增加它的配置端口COST為一個值，這個值是它接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包到下一個網(wǎng)段的值。這樣每一個橋都增加它的端口的COST值為它所接收的BPDU的包的COST值，所有的橋都檢測它們的端口的COST值，擁有最低端口的COST值的橋就變?yōu)榱酥付ǖ臉?。擁有比較高端口COST值的橋置它的端口進入阻塞狀態(tài)，變?yōu)榱藗浞輼颉Ｔ谧枞麪顟B(tài)，一個橋停止了轉(zhuǎn)發(fā)，但是它會繼續(xù)接收和處理BPDU數(shù)據(jù)包。

BPDU究竟是如何工作的呢?

這得從網(wǎng)橋說起。網(wǎng)橋有三種典型的方式:透明橋、源路由橋與源路由透明橋。

網(wǎng)橋典型地連接兩個用同樣介質(zhì)存取控制方法的網(wǎng)段，IEEE 802.1d規(guī)范(此規(guī)范是為所有的802介質(zhì)存取方法開發(fā)的)定義了透明橋。源路由橋是由IBM公司為它的令牌環(huán)網(wǎng)絡開發(fā)的;而源路由透明橋則是透明橋和源路由橋的組合。橋兩邊的網(wǎng)段分屬于不同的沖突域，但卻屬于同一個廣播域。

協(xié)議ID:該值總為0。

版本號:STP的版本(為IEEE 802.1d時值為0)。

報文類型:BPDU類型(配置BPDU=0，TCN BPDU=80)。

標記域:LSB(最低有效位)=TCN標志;MSB(最高有效位)=TCA標志。

根網(wǎng)橋ID:根信息由2字節(jié)優(yōu)先級和6字節(jié)ID組成。這個信息組合標明已經(jīng)被選定為根網(wǎng)橋的設備標識。

根路徑成本:路徑成本為到達根網(wǎng)橋交換機的STP開銷。表明這個BPDU從根網(wǎng)橋傳輸了多遠，成本是多少。這個字段的值用來決定哪些端口將進行轉(zhuǎn)發(fā)，哪些端口將被阻斷。

發(fā)送網(wǎng)絡橋ID:發(fā)送該BPDU的網(wǎng)橋信息。由網(wǎng)橋的優(yōu)先級和網(wǎng)橋ID組成。

端口ID:發(fā)送該BPDU的網(wǎng)橋端口ID。

計時器:計時器用于說明生成樹用多長時間完成它的每項功能。這些功能包括報文老化時間、最大老化時間、訪問時間和轉(zhuǎn)發(fā)延遲。

最大老化時間:根網(wǎng)橋發(fā)送BPDU后的秒數(shù)，每經(jīng)過一個網(wǎng)橋都會增加1，所以它的本質(zhì)是到達根網(wǎng)橋的跳計數(shù)。

訪問時間:根網(wǎng)橋連續(xù)發(fā)送BPDU的時間間隔。

轉(zhuǎn)發(fā)延遲:網(wǎng)橋在監(jiān)聽學習狀態(tài)所停留的時間。

網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元(Bridge Protocol Data Unit)。是一種生成樹協(xié)議問候數(shù)據(jù)包，它以可配置的間隔發(fā)出，用來在網(wǎng)絡的網(wǎng)橋間進行信息交換。

當一個網(wǎng)橋開始變?yōu)榛顒訒r，它的每個端口都是每2s(使用缺省定時值時)發(fā)送一個BPDU。然而，如果一個端口收到另外一個網(wǎng)橋發(fā)送過來的BPDU，而這個BPDU比它正在發(fā)送的BPDU更優(yōu)，則本地端口會停止發(fā)送BPDU。如果在一段時間(缺省為20s)后它不再接收到鄰居的更優(yōu)的BPDU，則本地端口會再次發(fā)送BPDU。

BPDU是網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元(Bridge Protocol Data Unit)的英文首字母縮寫。

交換機啟動時，假定自己是根網(wǎng)橋，在向外發(fā)送的BPDU中，根網(wǎng)橋ID字段填寫自己的網(wǎng)橋ID

STP使用BPDU選擇根網(wǎng)橋2-2

當接收到其他交換機發(fā)出的BPDU后，比較網(wǎng)橋ID，選擇較小的添加到根網(wǎng)橋ID中

STP使用BPDU計算根路徑成本2-1

根網(wǎng)橋發(fā)送根路徑成本為0的BPDU

其他交換機接收到根網(wǎng)橋的BPDU后，在根路徑成本上添加接收接口的路徑成本，然后轉(zhuǎn)發(fā)

生成樹端口的狀態(tài)

生成樹計時器

hello-timer :2s root每2s產(chǎn)生BPDU

forwarding-timer:15s stp選舉時間

max-age:20s 儲存BPDU的時間，spanning-tree發(fā)生故障，20s后原blocking狀態(tài)->learning 狀態(tài)

STP狀態(tài)機

在STP選舉過程中，端口是不能轉(zhuǎn)發(fā)用戶數(shù)據(jù)的。端口一開始處于阻塞狀態(tài)，這個狀態(tài)只能接收BPDU;

一個接口20秒沒收到BPDU，也就是到了最大時間，端口會進入偵聽狀態(tài)，這時接口可以接收BPDU，并開始發(fā)送BPDU;

發(fā)送15秒的BPDU，接口將會為轉(zhuǎn)發(fā)用戶數(shù)據(jù)做準備，也開始學習MAC地址，這個狀態(tài)叫學習狀態(tài);

再經(jīng)過15秒的學習后，端口進入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)是一個正常的接口。

開啟STP:

switchA(Config)#spanning-tree

MSTP is starting now, please wait...........

MSTP is enabled successfully.

spanning-tree設置

查看配置

SW1#sh spanning-tree

-- MSTP Bridge Config Info --

Standard : IEEE802.1s

Bridge MAC : 00:03:0f:01:0e:30

Bridge Times : Max Age 20, Hello Time 2, Forward Delay 15

Force Version: 3

########################### Instance 0 ###########################

Self Bridge Id : 32768 - 00:03:0f:01:0e:30

Root Id : 16384.00:03:0f:01:0f:52

Ext.RootPathCost : 200000

Region Root Id : this switch

Int.RootPathCost : 0

Root Port ID : 128.1

Current port list in Instance 0:

Ethernet0/0/1 Ethernet0/0/2 (Total 2)

PortName ID ExtRPC IntRPC State Role DsgBridge DsgPort

-------------- ------- --------- --------- --- ---- ------------------ -------

Ethernet0/0/1 128.001 0 0 FWD ROOT 16384.00030f010f52 128.007

Ethernet0/0/2 128.002 0 0 BLK ALTR 16384.00030f010f52 128.011

MSTP

用少量資源在網(wǎng)絡中實現(xiàn)多個生成樹

在多條Trunk鏈路上實現(xiàn)VLAN級負載均衡

MSTP配置

DCS (Config)# spanning-tree mst configuration

DCS (Config-Mstp-Region)#name mstp

DCS (Config-Mstp-Region)#instance 1 vlan 10

DCS (Config-Mstp-Region)#instance 2 vlan 20

DCS (Config-Mstp-Region)#exit

DCS (Config)# spanning-tree

MSTP is starting now, please wait...........

MSTP is enabled successfully.

改變生成樹的形態(tài)

改變交換機優(yōu)先級

switchB(Config)#spanning-tree mst 0 priority 28672

改變鏈路開銷

switchA(config-Ethernet0/0/2 )#spanning-tree mst 1 cost 300000

改變端口優(yōu)先級

switchA(Config-Ethernet0/0/2)#spanning-tree mst 0 port-priority 144

阻塞狀態(tài)(Blocking state)網(wǎng)橋監(jiān)聽BPDU的STP 狀態(tài)。排在禁用(Disabled)狀態(tài)后面。阻塞狀態(tài)下不進行轉(zhuǎn)發(fā)。