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802.1D STP Port States（STP端口状态）

发布时间 2023-09-23 15:18:44作者: 魏阳阳

STP3

802.1D STP Port States(端口状态)

生成树端口分为角色和状态：

  1. 三种角色：
  • RB 根桥
  • RP 根端口
  • DP 指定端口

2.五种状态：

  • Disabled（禁用）

端口Down掉或没插线、管理员关闭或默认关闭，这个状态既不能发送也不能接收帧。

  • Blocking（阻塞）

只能接受BPDU，不能发送或发送其他任何的数据。

  • Listening（监听）

发送和接收BPDU。（对比Blocking状态又近了一步，能到发送和接收BPDU）

  • Learning（学习）

发送和接收BPDU，学习MAC Address 构造出 MAC Address Table，为后面的数据转发打下基础，（在Listening的基础上增加了学习MAC Address的能力）

  • Forwarding（转发）

这个端口现在可以发送和接受数据帧，发送和接收BPDU，collect MAC Address（收集MAC地址）

因为上面是最老的生成树协议（也仅限于802.1D）所以才有五种状态，最新的协议状态很少。

端口之间的关系（状态机：状态的转化）

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802.1D STP Timer（STP 计时器）

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计时器对于STP来说非常重要

计时器讲解：

1.一种是从Link comes up（链路来到UP），也就是从down的状态进入Blocking（可能时设备刚刚启动）；
另一种本来就是Blocking状态（也即是BPDU选举完成时，什么角色都不是）

Blocking虽然可以接收BPDU，但在这个端口只能保存20秒，超过20秒就不能接收BPDU 活着 跟我20秒之前接收到的BPDU不一样时，（loss of BPUD Default ）这时就会等待20秒后进入到一个Listening状态

2.Blocking会进入Listening，这里会（等待20秒=Max age）
3.Listening（等待15秒=Forward delay（进入Learning
4.Learning（等待15秒=Forward delay）进去Forwarding

从Blocking状态----->Forwarding时间是50秒（20+15×2=50）

802.1D STP Converge(生成树的收敛)

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1.什么叫做收敛？

从Blocking----->Forwarding这恶鬼过程叫做收敛

2.收敛时可以转发数据吗？

收敛数据的时候用户无法进行数据的转发，需要等待端口状态先从Blocking----->Forwarding，大概需要50秒的时间。

（就像平时等待路由器启动一样，要等待路由器的网络型号等亮一样，这个过程中网络还没有通常呢）

3.802.1D这个老协议中，会出现两种情况，等待50秒 and 30秒！

条件：
50秒：如果是通过BPDU的选举，选举为Blocking状态时，就增加了20秒时间，因为进入Blocking的状态也是需要收敛的。（Blocking--------20s------>Listening------15s----->Learning------15s------>Forwarding）
30秒：如果是Blocking另一边的端口DOWN掉了只剩一个Blocking端口，就不会等待MAX Age 20秒，而会直接从Blocking----->进入Listening状态。（Blocking------------>Listening------15s----->Learning------15s------>Forwarding）

4.如果此时A和B之间的链路断开，那么C的Blocking端口会接收到BPDU吗,如果断开后会寻找新的路径的收敛时间是多少？

50秒：

  1. A和B因为断掉了，此时B会认为自己是Root Bridge 就会像外发送BPDU
  2. C会收到新BPDU Root Bridge ID（来自交换机B），SWC之前存放着SWA的Root Bridge ID，SWC会发现现在收到的Root Bridge ID和之前收到的不一样，而且通过对比发现现在收到的Root Bridge ID 比之前要大 （SWB BID ＞ SWA BID）
  3. 这时候SWB就知道了网络发生了变化，这时C的Fa0/1会等待20s（MAX Age）看看会不会恢复，如果20s后没有恢复就会进入Listening----15s---->Learning----15s--->Forwarding

30秒：
1.A和C之间链路断掉了，SWC的Fa0/0是RP
2.交换机侦听到我离根桥最近的一个端口Down了，还剩一个Blocking 就不用等待Stars MAX Age 20秒，因为SWC知道自己唯一去根桥的路已经DOWN了，会直接将Blocking------>listening----15s--->Learning----15s--->Forwarding

两种收敛速度的区别是什么呢？

一种是从0开始进入状态，另一种是原本就是Blocking状态，省去了进入Blocking的时间。
其次是交换机的判断：

  1. 如果交换机判断已经没有去根桥的路径了就会将让Blocking进入下一个状态
  2. 如果交换机判断还有去往根桥的路径，就会选择等待恢复，如果没有等到就会进入listening状态。等待的时间是20s

现实生活中有可能等待时间更长，收敛速度更慢

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STP Topology Change Mechanism（拓扑改变机制）

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  • 当一个交换机侦测检测到拓扑发生变化时，会把这种变化告诉整个网络

  • 当一个网络中的其他交换机收到后，MAC Table就会从他原来的300-变更->15秒

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虽然上面说到整个网络收敛速度分为30秒和50秒，但是这里为什么收敛速度会长达5分钟呢。因为状态中有MAC Table的存在，因为交换机转发数据是靠MAC Table，MAC Table也有个Timer，Timer会储存300秒。
会出现什么问题呢？
原本状态由Blocking变为Forwarding就可以转发数据了，但是如果我的交换机的MAC Talbe还没有Time Out的话，就会出现目的MAC是BB，但由于MAC Table还存在，就会以为MAC是从上面已经Dows掉的交换机学到的，就会将数据发送给上面的交换机。只有等待MAC Table挂掉，MAC Table空白，SWA才会重新学习MAC address ，学习到后路径才会变成SWA右边的接口转发数据。

  • 这种减少Time为15秒的状态不会持续太，久一般是35秒
  • 当网络中一台交换机侦测到链路状态（Link states）发生变化，交换机会通告整个网络，整个网络中全部的MAC address Table计时器会从300秒变更为15秒，15秒这种状态会持续35秒，35秒过后MAC address Table 又会变回300秒
  • 收敛降至30秒，核心通知整个网络，通知网络发生变化怎么样实现，怎样实现呢？通过第二种BPDU TCN
  • TCN BPDU 包含一个重要的信息 Type：Topology Change Notification（拓扑变更通知）通过很小的数据包告诉整个网络发生了变化，当端口发生变化或者出现角色时，正常转发变成不能转发 Forwardiing------>DOWN,就知道了拓扑发生了变化

当拓扑发生改变，交换机会通知全部网络分为两个步骤：

  1. 第一步：跟我的Root Bridge讲，；链路出现了问题
  2. 第二步：由Root Bridge向外进行广播，告诉全部交换机，链路出现了问题，请你们将MAC Timer的时间缩短

STP Topology Change Notification Process(拓扑改变通知过程)

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第一步：拓扑改变通知过程（给根桥说，链路出现了问题）

  1. B的拓扑出现问题就会向上发送TCN（BPDU），通过交换机的Root Port发出，对应上面端口的DP
  2. 上面的交换机收到后会向下TCA回复
  3. 回复完TCA后，会朝着根方向继续转发TCN
  4. 通过TCN--->TCA满满靠近根的方向的转发
  5. 最终TCN中的BPUD（Topology Change Notification(拓扑改变通知)）被转到根桥上

第二步：拓扑改变通知过程（Root Bridge知道链路出现了问题，告诉全部交换机）

1.根桥搜狐到TCN后，会向外发送一个特殊的BPDU（configuration BPDU），其中有一个字段（TC Bitser）原本是TC中是0-------> 改变后------>TC是1
2.根桥向所有交换机发送TC
3.交换机收到TC将MAC Table Timer修改为15秒并持续35秒。之后将恢复成300秒
4.这种过程实现了STP变化与MAC Talbe Timer联动
5.STP<------->MAC Table 实现30秒对网络的收敛

STP Topology Change Case Study(案例研究)

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案例分析

  1. 一般情况下，网络拓扑发生变化，交换机会发送TCN通过Root Port发送，但是现在连接Root Port断掉了，只剩下一个Blocking Port无法发送TCN ，也就不能代表根桥无法向交换机发送TC，如果不能发送TC，也就代表MAC Table Timer无法由300秒变更为15秒，收敛时间也就由15秒变为300秒。
  2. 在这种特殊的情况下，如果Root Port 出现问题，Root Bridge会侦测到Root Port DOWN掉了。（因为Root Port 连接在Root Bridge上）
  3. 然后Root Bridge就会向交换机发送TCN，通知其他交换机，MAC TAble Timer 时间修改为15秒

TCN Flood

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TCN的存在就是为了MAC Table Timer 使网络出现问题的时候收敛速度变快

TCN会带来一个新的问题！

1.端口、拓扑发生变化，Root Bridge会受到TCN带有TC bit的BPDU Broadcost光博会发送全部网段
2.用户PC开关或者插拔端口，如果服务器正在做BackUP时都会失败的
3.TCN本来时好事情，可是在拓扑、端口发生变化时，虽然MAC Table Timer 会加快网络的收敛速度，但是又造成了别的问题。