STP生成樹的原理
STP（Spanning Tree Protocol）是生成樹協(xié)議的英文縮寫。該協(xié)議可應(yīng)用于在網(wǎng)絡(luò)中建立樹形拓?fù)?，消除網(wǎng)絡(luò)中的環(huán)路，并且可以通過一定的方法實(shí)現(xiàn)路徑冗余，但不是一定可以實(shí)現(xiàn)路徑冗余。生成樹協(xié)議適合所有廠商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，在配置上和體現(xiàn)功能強(qiáng)度上有所差別，但是在原理和應(yīng)用效果是一致的。
STP的基本原理是，通過在交換機(jī)之間傳遞一種特殊的協(xié)議報(bào)文，網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元（Bridge Protocol Data Unit，簡稱BPDU），來確定網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。BPDU有兩種，配置BPDU（Configuration BPDU）和TCN BPDU。前者是用于計(jì)算無環(huán)的生成樹的，后者則是用于在二層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時產(chǎn)生用來縮短MAC表項(xiàng)的刷新時間的（由默認(rèn)的300s縮短為15s）。
Spanning Tree Protocol(STP)在IEEE802.1D文檔中定義。該協(xié)議的原理是按照樹的結(jié)構(gòu)來構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，消除網(wǎng)絡(luò)中的環(huán)路，避免由于環(huán)路的存在而造成廣播風(fēng)暴問題。
Spanning Tree Protocol(STP)的基本思想就是按照"樹"的結(jié)構(gòu)構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，樹的根是一個稱為根橋的橋設(shè)備，根橋的確立是由交換機(jī)或網(wǎng)橋的BID（Bridge ID）確定的，BID最小的設(shè)備成為二層網(wǎng)絡(luò)中的根橋。BID又是由網(wǎng)橋優(yōu)先級和MAC地址構(gòu)成，不同廠商的設(shè)備的網(wǎng)橋優(yōu)先級的字節(jié)個數(shù)可能不同。由根橋開始，逐級形成一棵樹，根橋定時發(fā)送配置BPDU，非根橋接收配置BPDU，刷新最佳BPDU并轉(zhuǎn)發(fā)。這里的最佳BPDU指的是當(dāng)前根橋所發(fā)送的BPDU。如果接收到了下級BPDU（新接入的設(shè)備會發(fā)送BPDU，但該設(shè)備的BID比當(dāng)前根橋大），接收到該下級BPDU的設(shè)備將會向新接入的設(shè)備發(fā)送自己存儲的最佳BPDU，以告知其當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中根橋；如果接收到的BPDU更優(yōu)，將會重新計(jì)算生成樹拓?fù)洹．?dāng)非根橋在離上一次接收到最佳BPDU最長壽命（Max Age，默認(rèn)20s）后還沒有接收到最佳BPDU的時候，該端口將進(jìn)入監(jiān)聽狀態(tài)，該設(shè)備將產(chǎn)生TCN BPDU，并從根端口轉(zhuǎn)發(fā)出去，從指定端口接收到TCN BPDU的上級設(shè)備將發(fā)送確認(rèn)，然后再向上級設(shè)備發(fā)送TCN BPDU，此過程持續(xù)到根橋?yàn)橹?，然后根橋在其后發(fā)送的配置BPDU中將攜帶標(biāo)記表明拓?fù)湟寻l(fā)生變化，網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備接收到后將CAM表項(xiàng)的刷新時間從300s縮短為15s。整個收斂的時間為50s左右。
生成樹協(xié)議最主要的應(yīng)用是為了避免局域網(wǎng)中的單點(diǎn)故障、網(wǎng)絡(luò)回環(huán)，解決成環(huán)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的“廣播風(fēng)暴”問題，從某種意義上說是一種網(wǎng)絡(luò)保護(hù)技術(shù)，可以消除由于失誤或者意外帶來的循環(huán)連接。STP也提供了為網(wǎng)絡(luò)提供備份連接的可能，可與SDH保護(hù)配合構(gòu)成以太環(huán)網(wǎng)的雙重保護(hù)。新型以太單板支持符合IEEE 802.1d標(biāo)準(zhǔn)的生成樹協(xié)議STP及IEEE 802.1w規(guī)定的快速生成樹協(xié)議RSTP，收斂速度可達(dá)到1s。
但是，由于協(xié)議機(jī)制本身的局限，STP保護(hù)速度慢（即使是1s的收斂速度也無法滿足電信級的要求），如果在城域網(wǎng)內(nèi)部運(yùn)用STP技術(shù)，用戶網(wǎng)絡(luò)的動蕩會引起運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的動蕩。目前在MSTP 組成環(huán)網(wǎng)中，由于SDH保護(hù)倒換時間比STP協(xié)議收斂時間快的多，系統(tǒng)采用依然是SDH MS-SPRING或SNCP，一般倒換時間在50ms以內(nèi)。但測試時部分以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的倒換時間為0或小于幾個毫秒，原因是內(nèi)部具有較大緩存。SDH保護(hù)倒換動作對MAC層是不可見的。這兩個層次的保護(hù)可以協(xié)調(diào)工作，設(shè)置一定的“拖延時間”（hold-off），一般不會出現(xiàn)多次倒換問題。
上海騰科 顧明老師 上傳于2019.03.06
