交换机STP协议培训资料

### 交换机STP协议培训资料 #### 一、概述 **生成树协议（STP，Spanning Tree Protocol）**是一种用于局域网中的网络协议，它的主要目的是防止网络中的环路导致的数据包无限循环传输，进而引发网络拥塞或者广播风暴等问题。STP通过动态构建一个无环路的网络拓扑来实现这一目标。 #### 二、为什么使用生成树协议？ 1. **避免环路：** 在局域网中，当多台交换机通过多条路径连接时，如果没有适当的机制来控制这些路径，可能会形成环路。一旦形成环路，数据包会在环路中不断循环，消耗大量带宽并可能导致广播风暴，严重影响网络性能。 2. **提供冗余路径：** 虽然STP的主要目的是消除环路，但它同时也提供了网络的冗余性。当某条主干路径出现故障时，STP可以通过启用其他备用路径来确保网络通信的连续性。 3. **网络拓扑变化的监测与适应：** STP算法能够自动监测网络中的物理拓扑变化，并根据这些变化重新计算最佳路径，确保网络始终保持最优状态。 #### 三、生成树协议的基本概念 1. **生成树算法：** 是一种自动生成网络拓扑结构的基础算法。它通过一系列规则来确定哪些端口处于转发状态，哪些端口处于阻塞状态，从而形成一棵“生成树”。 2. **交换机端口状态：** - **转发状态（Forwarding）：** 端口处于此状态时可以正常收发数据帧。 - **学习状态（Learning）：** 端口在此状态下只接收和处理BPDU，但不转发数据帧。 - **监听状态（Listening）：** 类似于学习状态，端口接收BPDU但不转发数据帧。 - **阻塞状态（Blocking）：** 端口在此状态下既不接收也不转发任何帧，仅接收BPDU。 - **禁用状态（Disabled）：** 端口完全关闭，不参与任何操作。 3. **BPDU（Bridge Protocol Data Unit）：** BPDU是STP中用于传递信息的数据单元，它通过一个特定的组播MAC地址01-80-C2-00-00-00进行传输。BPDU包含了重要的配置信息，如根桥ID、根路径成本、发送桥ID以及端口ID等，这些信息帮助STP算法确定网络的拓扑结构。 #### 四、生成树协议的关键要素 1. **组地址：** 所有交换机都识别的唯一组地址01-80-C2-00-00-00，用于BPDU的传输。 2. **交换机标识（Bridge Identifier，BID）：** 每个交换机都有一个唯一的标识符，由优先级和MAC地址组成。 3. **端口标识（Port Identifier，PID）：** 用于标识交换机的端口，通常由优先级和端口号组成。 4. **配置参数：** 包括交换机的优先级、端口优先级以及路径成本等参数，用于生成树的计算。 #### 五、生成树中的关键角色 1. **根交换机（Root Bridge）：** 具有最低BID的交换机被选为根交换机。 2. **根路径成本（Root Path Cost）：** 指从某个交换机到达根交换机的路径成本。 3. **根端口（Root Port）：** 对于非根交换机而言，其到根交换机路径成本最低的端口即为根端口。 4. **指定交换机（Designated Bridge）：** 在一个LAN中，根路径成本最低的交换机被选为指定交换机。 5. **指定端口（Designated Port）：** 连接指定交换机与LAN的端口。 #### 六、生成树协议的应用实例 假设存在一个包含三个交换机A、B和C的网络。交换机A具有最低的BID，因此被选为根交换机。交换机B到根交换机A的根路径成本为6，而交换机C到根交换机A的根路径成本为4。这意味着，对于LAN C来说，交换机C是更优的选择，因此被选为LAN C的指定交换机。这意味着LAN C与根交换机A之间的数据通信将通过交换机C转发，而LAN C与交换机B之间的链路则成为冗余链路。 #### 七、BPDU类型 1. **配置BPDU：** 用于交换配置信息，包括但不限于根桥ID、发送桥ID、端口ID等。 2. **拓扑变化通知BPDU：** 当检测到网络拓扑发生改变时发送，通知其他交换机进行相应的调整。 #### 八、BPDU编码 BPDU包含多种字段，用于传递必要的配置信息。对于配置BPDU，如果超过了35个字节，多余的部分会被忽略；对于拓扑变化通知BPDU，如果超过了4个字节，多余的部分同样会被忽略。 #### 总结 生成树协议（STP）是现代局域网中不可或缺的一部分，它通过消除环路、提供冗余路径和自动适应网络变化等功能，极大地提高了网络的可靠性和效率。理解和掌握STP的基本原理和配置方法对于网络工程师来说至关重要。