一 : 802.1D-2004

二 : 802.1D-2004

三 : 【STP】STP（802.1D）端口状态及拓扑变更

一、STP端口状态
1 写在前面的话：由于网络设备存在固有的滞后，所以交换网络中也存在数据传播延迟。基于上述原因，拓扑变更就可能发生在交换网络中的不同时间和不同的网段。如果2层接口直接从生成树的Blocking切换到Forwading，就可能会出现暂时的数据环路或者暂时的大量数据泛洪。为了缓解这种问题，在开始转发数据帧之前，端口应当等待新的拓扑信息传播到整个交换网络中。
2 STP计时器
STP有三个非常重要的计时器：网络中的生成树拓扑依附于根网桥的计时器，根桥将BPDU中的计时器传递给所有交换机。对于802.1D的STP而言，端口从Blocking到Forwarding通常要30-50s（30s是15+15，也就是两个转发延迟时间，50s即20+15+15）。
3 STP 定义的端口状态如下：关于为什么要定义这么多的端口状态，其实很好理解，拿Learning来说，为什么不让端口一旦被选举为指定端口后立即进入转发状态呢？设想一下，端口激活后，在它上面是没有学习到任何的MAC地址表项的，如果没有Learning状态的话，端口直接进入转发状态，就有可能引发短暂的数据泛洪。
4 STP端口状态转换过程


二、STP拓扑变更
1 STP拓扑变更概述
当网络拓扑发生变化的时候，最先意识到变化的交换机会从根端口发送TCNBPDU（BPDU报文中TYPE字段=0x80），也就是朝着根桥的方向发送TCNBPDU，这个消息会一跳一跳地传递到根交换机。上联的交换机在收到了该交换机发送上来的TCNBPDU后，除了向它自己的上一级交换机继续发送TCN BPDU外，还需回送一个TCABPDU（FLAG字段中TCA位为1的配置BPDU）的确认信息给该交换机。当根桥接收到TCN后意识到了拓扑变化，遂向所有网桥发送TCBPDU（FLAG字段中TC位为1的配置BPDU）。交换机们收到根桥发出来的TCBPDU后，会将自己的MAC地址表的老化时间由缺省的300s减少为15s（转发延迟计时器的时间），根桥发送的这个TC置位一直会持续35s（20+15）。
在发生以下时间时，交换机发送TCN：
2 TCN BPDUTCN BPDU包含3个字段，它与配置BPDU除了type字段之外的前3个字段完全相同。
3 拓扑变更过程 范例

1. 1SwitchA挂掉；
2. SwitchB最先检测到拓扑变化，于是产生TCNBPDU并从自己的根端口发送出去（因为根端口是朝着根桥的方向），B将连续发送TCN BPDU直到上游的指定交换机C发送TCNACK进行确认；
3. SwitchB收到这个TCN BPDU，回送一个TC ACK位置位的配置BPDU进行确认，同时向自己的根端口转发这个TCNBPDU；
4. Root收到这个TCN BPDU，回送一个TC ACK位置位的配置BPDU给C；
5. Root修改自己的配置BPDU，以此来通告整个交换网络关于拓扑变更的情况。Root在配置BPDU中设置一段时间的拓扑变更（将配置BPDU中FLAG字段的TC位设置为1），这段时间等于Forward DelayTime + Max Age，默认35s。这个配置BPDU消息会泛洪到整个交换网络；
6. 当交换机收到Root发出的这个TC置位的配置BPDU，它们使用转发延迟计时器（默认15s）来更新其MAC地址表中的条目。也就是说条目的寿命由原来的300s的默认值变成15s，这样能保证MAC地址条目更快速的刷新。交换机将持续这个过程，直到不再从Root收到TCBPDU消息为止。

我们会发现当拓扑变更的时候，就会产生TCN，然而有些情况下TCN的过渡泛洪可能会对网络才成不必要的影响，通过在接入层交换机上、连接PC终端设备的接口设置为portfast可以在一定程度上优化网络，防止由于PC的开关机导致的接入交换机端口updown而产生过多的TCN。
4 BPDU Flags



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