二層網絡設備的防環機制——STP協議
一、STP協議是什么
STP（Spanning Tree Protocol）是運行在交換機上的二層協議，它的主要功能是確保在網絡中存在冗余鏈路時不會產生環路。
STP遵循IEEE802.1D標准，運行了STP協議的設備會彼此交互信息來發現網絡中的環路，然后STP會將部分冗余鏈路強制阻塞，形成樹狀網絡拓撲，以達到破環的目的。當處於轉發狀態的鏈路不可用時，STP會重新配置網絡，激活合適的備選鏈路。
二、STP協議的三要素
從環形網絡拓撲結構到樹形結構，STP有三個要素：根橋、根端口、指定端口。
- 根橋：對於一個STP網絡，根橋在全網中只有一個，它是整個網絡的邏輯中心，但不一定是物理中心。在進行根橋的選擇時，一般會選擇性能高、網絡層次高的交換設備作為根橋。根橋會根據網絡拓撲的變化而動態變化。在配置STP過程中，建議手動配置根橋和備份根橋。請配置最核心的交換設備為根橋，以保證STP二層網絡的穩定性，否則新接入設備可能會觸發STP根切換，從而導致業務短暫中斷。
- 根端口：去往根橋路徑開銷最小的端口，根端口負責向根橋方向轉發數據，這個端口的選擇標准是依據路徑開銷判定。在一台設備上所有使能STP的端口中，根路徑開銷最小者，就是根端口。很顯然，在一個運行STP協議的設備上根端口有且只有一個，根橋上沒有根端口。
- 指定端口：指定橋向本設備轉發配置消息（BPDU報文）的端口或者指定橋向本網段轉發配置消息的端口。
此外，交換設備和端口都有ID，分別是橋ID（BID）和端口ID（PID）。端口ID由端口優先級和端口號組成。橋ID由橋優先級和橋MAC兩部分組成，在STP網絡中，橋ID最小的設備會被選舉為根橋。
一旦根橋、根端口、指定端口選舉成功，則整個樹形拓撲建立完畢。在拓撲穩定后，只有根端口和指定端口轉發流量，其他的非根、非指定端口都處於阻塞（Blocking）狀態，它們只接收STP協議報文而不轉發用戶流量。
三、STP報文格式
上述橋ID、路徑開銷和端口ID等信息都是通過BPDU協議報文傳輸的。BPDU報文被封裝在以太網數據幀中，目的MAC是組播MAC：01-80-C2-00-00-00，Length/Type字段為MAC數據長度，后面是LLC頭，LLC之后是BPDU報文頭。
在初始化過程中，每個橋都主動發送配置BPDU。但在網絡拓撲穩定以后，只有根橋主動發送配置BPDU，其他橋在收到上游傳來的配置BPDU后，才觸發發送自己的配置BPDU。配置BPDU的長度至少要35個字節，包含了橋ID、路徑開銷和端口ID等參數，即{根橋ID，累計根路徑開銷，發送者BID，發送端口PID}。只有當發送者的BID或端口的PID兩個字段中至少有一個和本橋接收端口不同，BPDU報文才會被處理，否則丟棄。這樣避免了處理和本端口信息一致的BPDU報文。
四、STP的實現過程
STP的樹形結構實現過程如下：
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網絡初始化時，網絡中所有的STP設備都認為自己是“根橋”，根橋ID為自身的設備ID。通過交換BPDU消息，設備之間比較根橋ID，網絡中根橋ID最小的設備被選為根橋。根橋上的所有端口都是轉發狀態。
- 非根橋設備將接收最優配置消息的那個端口定為根端口，根端口也是處於轉發狀態。
- 設備根據根端口的配置消息和根端口的路徑開銷，為每個端口計算一個指定端口配置消息，然后將計算出的配置消息與角色待定端口自己的配置消息進行比較：
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如果計算出的配置消息更優，則該端口被確定為指定端口，其配置消息也被計算出的配置消息替換，並周期性地向外發送；
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如果該端口自己的配置消息更優，則不更新該端口的配置消息並將該端口阻塞。該端口將不再轉發數據，且只接收不發送配置消息。
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五、參考文獻
support.huawei.com 技術支持>文檔中心>交換機>數據中心交換機>CloudEngine 58&68&78&88&98>配置調測 