STP(Spanning Tree Protocol，生成樹協(xié)議)是一種用于解決二層交換網(wǎng)絡(luò)環(huán)路的協(xié)議。下面騰科教育為大家詳細(xì)介紹STP的作用及其工作原理

(1)STP的作用

STP包含狹義STP和廣義STP兩個(gè)含義，狹義STP是指IEEE 802.1d—1998定義的STP;廣義 STP包括 IEEE 802.1d—1998定義的 STP以及各種在其基礎(chǔ)上經(jīng)過改進(jìn)的生成樹協(xié)議。

STP的基本思想十分簡單，自然界中生長的樹是不會(huì)出現(xiàn)環(huán)路的，如果網(wǎng)絡(luò)也能夠像一棵樹一樣生長就不會(huì)出現(xiàn)環(huán)路了。于是，人們?cè)赟TP中定義了根橋(RootBridge)、根端口(Root Port)、指定端口(Designated Port)、替代端口(Alternate Port)和路徑開銷(Path Cost)等概念，通過構(gòu)造一棵樹的方法達(dá)到裁剪冗余環(huán)路的目的，同時(shí)實(shí)現(xiàn)鏈路備份和路徑最優(yōu)化。

用于構(gòu)造這棵樹的算法被稱為生成樹算法(Spanning Tree Algorithm)。要實(shí)現(xiàn)這些功能，交換機(jī)之間必須要進(jìn)行信息交互，這些信息交互單元被稱為BPDU(Bridge Protocol Data Unit，網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元)。

STP BPDU是一種二層報(bào)文，目的MAC地址是多播地址01-80-C2-00-00-00，所有支持STP的網(wǎng)橋都會(huì)接收并處理收到的BPDU報(bào)文。該報(bào)文中攜帶了用于生成樹計(jì)算的所有信息。

(2)STP的工作原理

首先進(jìn)行根橋的選舉。選舉的依據(jù)是網(wǎng)橋優(yōu)先級(jí)和網(wǎng)橋MAC地址組合成的網(wǎng)橋ID(Bridge ID)，網(wǎng)橋ID最小的網(wǎng)橋?qū)⒊蔀榫W(wǎng)絡(luò)中的根橋，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中只能有一個(gè)根橋，其他的交換機(jī)都為非根橋，可以把它們統(tǒng)稱為下游網(wǎng)橋。

根橋的所有端口都連接到下游網(wǎng)橋，所以端口角色都成為指定端口。接下來，連接根橋的下游網(wǎng)橋?qū)⒏髯赃x擇一條“最粗壯”的樹枝作為到根橋的路徑，相應(yīng)端口的角色就成為根端口。循環(huán)該過程到網(wǎng)絡(luò)的邊緣，指定端口和根端口確定之后一棵生成樹就生成了。

生成樹經(jīng)過一段時(shí)間(默認(rèn)值是30秒左右)穩(wěn)定之后，指定端口和根端口進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，其他端口進(jìn)入阻塞狀態(tài)。

STP BPDU報(bào)文會(huì)定時(shí)從各個(gè)網(wǎng)橋的指定端口發(fā)出以維護(hù)鏈路的狀態(tài)。如果網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化，生成樹就會(huì)重新計(jì)算，端口狀態(tài)也會(huì)隨之改變。這就是生成樹的基本原理。

隨著應(yīng)用的深入和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，STP的缺點(diǎn)在應(yīng)用中也被暴露了出來。STP的缺陷主要表現(xiàn)在它基于時(shí)間進(jìn)行收斂。

當(dāng)拓?fù)浒l(fā)生變化后，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)需要重新執(zhí)行生成樹收斂計(jì)算，而該計(jì)算延時(shí)稱為Forward Delay(轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí))，協(xié)議默認(rèn)值是15秒。在所有網(wǎng)橋收到拓?fù)渥兓南⒅埃绻f拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)的端口還沒有發(fā)現(xiàn)自己在新的拓?fù)渲袘?yīng)該停止轉(zhuǎn)發(fā)，則可能存在臨時(shí)環(huán)路。

為了解決臨時(shí)環(huán)路的問題，STP使用了一種定時(shí)器策略，即在端口從阻塞狀態(tài)到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)中間加入偵聽和學(xué)習(xí)狀態(tài)，兩次狀態(tài)切換的時(shí)間長度都是Forward Delay，這兩種狀態(tài)下交換機(jī)不轉(zhuǎn)發(fā)任何數(shù)據(jù)幀，這樣就可以保證在拓?fù)渥兓瘯r(shí)不會(huì)產(chǎn)生臨時(shí)環(huán)路。

但是，這個(gè)看似良好的解決方案實(shí)際上帶來的卻是至少兩倍Forward Delay的收斂時(shí)間，這對(duì)某些實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)(如語音視頻)是不能接受的。