三、基本概念

1、橋ID/網(wǎng)橋ID (Bridege ID，BID)

每一臺運行STP的交換機都擁有一個唯一的橋ID(BID)，BID(Bridge ID/橋ID)。在STP里我們使用不同的橋ID標(biāo)識不同的交換機。

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(2)BID(橋ID)組成

BID(橋ID)組成(8個字節(jié))：由16位(2字節(jié))的橋優(yōu)先級和48位(2字節(jié))的MAC地址構(gòu)成。(上右圖)

1)橋優(yōu)先級(Bridge Priority,BP)的值可以修改，但是修改值必須為4096的倍數(shù)。優(yōu)先級部分中低12位用來標(biāo)識VLAN信息，高4位才是真正優(yōu)先級。(上右邊圖)

優(yōu)先級范圍：取值范圍是0~65535，為4096倍數(shù)，越小越優(yōu)先。優(yōu)先級默認(rèn)32768(0x8000)。

2)橋的MAC地址：通常是交換機默認(rèn)VLAN1的MAC地址。一個橋有多個轉(zhuǎn)發(fā)端口，每個端口都有一個MAC地址，端口編號最小的那個端口的MAC地址作為整個橋的MAC地址，越小越優(yōu)先。

MAC地址的長度是48比特(6字節(jié))，48位二進制數(shù)，12位16進制數(shù)組成，即0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、a、b、c、d、e、f。從左至右，逐位比較。

比如：00:01:10:00:11:11 和00:10:00:00:00:00前者比后者要小。如果比較位相同，則往后推一位再比較，最小的即為MAC地址最小。

2、根橋(Root Bridge，RB)

根橋是一個生成樹(STP)交換網(wǎng)絡(luò)中的"樹根"。具有最小橋ID的交換機是根橋。樹形的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)必須有樹根，于是STP引入了根橋(Root Bridge)概念。(下左圖)

根橋(Root Bridge) 在STP中，根橋是整個網(wǎng)絡(luò)的起點，其他所有交換機都會嘗試通過最直接的路徑連接到根橋，所有數(shù)據(jù)包的旅行都是從這里開始的。

根橋設(shè)備上沒有根端口。根橋上的接口,都是指定端口(DP：Designated Ports)。

(2)樹根主要作用

是在一個交換網(wǎng)絡(luò)中計算出一棵無環(huán)的STP樹。

在一個交換網(wǎng)絡(luò)中，有且只能有一個根橋(根交換機)，它是整個網(wǎng)絡(luò)的邏輯中心，但不一定是物理中心。根橋會根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓鴦討B(tài)變化。

(3)優(yōu)先級

交換機的橋優(yōu)先級越高，才有可能成為根橋。如果優(yōu)先級相同，則會比較MAC地址，MAC地址越小則越優(yōu)先。在STP網(wǎng)絡(luò)中，BID(橋ID)最小的設(shè)備會被選舉為根橋。

(上圖)在該網(wǎng)絡(luò)中選舉根橋，首先比較三臺交換機的橋優(yōu)先級，橋優(yōu)先級都為4096，再比較三臺交換機的MAC地址，誰小誰優(yōu)先，最終選擇SW1為根橋。

3、非根橋

非根橋：除了根橋，其他的交換都是非根橋。這些非根橋之間可以互相通信，但是它們都要遵循從根橋出發(fā)的規(guī)則。

4、端口/接口ID(Port ID，PID)

運行STP交換機的每個端口都有一個端口ID(Port ID)，端口ID可以用來確定端口角色，標(biāo)識每個端口。端口ID(PID)就是端口編號 例如e0/0/5，ID就是5。

主要作用：在特定場景下選舉指定接口。

(1) PID(端口ID)組成

端口ID(PID)(2個字節(jié))=優(yōu)先級(1個字節(jié)).端口索引號(1個字節(jié))

為了避免端口索引號不夠用，把優(yōu)先級中的低4位保留用于端口索引號，一般取值為0000。高4位優(yōu)先級默認(rèn)二進制取值為1000。端口索引號是端口在交換機上的唯一編號。

(2) PID優(yōu)先級(Port Priority)

數(shù)值范圍從0到240，缺省情況下(默認(rèn)值)，端口的優(yōu)先級為128，步長為16，即取值必須為16的整數(shù)倍。

在進行比較時，先比較端口優(yōu)先級，值越小端口的優(yōu)先級就越高。在優(yōu)先級相同時，再比較端口編號，編號小的端口優(yōu)先。

通常情況下，端口編號無法改變，用戶可以根據(jù)實際需要，通過命令修改該優(yōu)先級。通過設(shè)置端口優(yōu)先級來影響生成樹的選路。

注意：最終如果收到的BPDU報文所有參數(shù)都一樣，此時交換機會比較本端接口ID(PID)。

5、開銷(Cost)

每一個激活了STP的接口都維護著一個開銷(Cost)值。接口帶寬越大，則開銷(Cost)值越小?？梢酝ㄟ^命令調(diào)整接口的開銷(Cost)。

(2)開銷(Cost)計算方法

接口開銷(Cost)是已經(jīng)激活了STP的接口所維護的一個開銷值，該值存在默認(rèn)值，與接口的速率有關(guān)聯(lián)、工作模式，并且交換機設(shè)備使用不同的算法時，相同的接口速率對應(yīng)不同的開銷值。

(4)本地路徑開銷/端口開銷(Port Cost)

本地路徑開銷/端口開銷：指從當(dāng)前交換機到連接的設(shè)備(比如終端設(shè)備)之間的路徑開銷。

特點：

(1)本地路徑開銷就是端口開銷，交換機的每個端口都有一個端口開銷(Port Cost)參數(shù)，此參數(shù)表示該端口在STP中的開銷值。默認(rèn)情況下，端口的開銷和端口的帶寬有關(guān)，帶寬越高，開銷越小。

(2)本地路徑開銷是路徑開銷中的一個組成部分，它代表了到達某個設(shè)備的成本。

接口開銷主要作用：計算根路徑開銷，就是到達根的開銷。

(3)路徑開銷(Path Cost)

路徑開銷(Path Cost)：從一個非根橋到達根橋的路徑可能有多條，每一條路徑都有一個總的開銷值，此開銷值是該路徑上所有接收BPDU端口的端口開銷總和(即BPDU的入方向端口)。

特點：

(1) 路徑開銷決定了整個網(wǎng)絡(luò)中每條可能路徑的成本。從一個非根橋到達根橋的路徑可能有多條，每一條路徑都有一個總的開銷值，這就是路徑開銷。通常，直接連接的路徑(比如根端口)開銷較低，而需要經(jīng)過多個中間節(jié)點的路徑開銷較高。

(2)交換機的每個端口都有一個端口開銷(Port Cost)參數(shù)，此參數(shù)表示該端口在STP中的開銷值。默認(rèn)的開銷值取決于鏈路的帶寬，帶寬越大，開銷越小。開銷值越小，越可能被選為指定端口的路徑。

例如：IEEE標(biāo)準(zhǔn)的開銷，鏈路速度為10Gbps開銷為2，速度為100Mbps時開銷為19，速度為10Mbps時候開銷為100。

(5)根路徑開銷(Root Path Cost，RPC)

STP交換機每一個端口都對應(yīng)一個開銷值，這個值表示數(shù)據(jù)通過端口發(fā)送時的開銷，這個值與端口帶寬有關(guān)，帶寬越高，開銷值越小。

對于端口開銷值的定義有不同的標(biāo)準(zhǔn)，通常設(shè)備默認(rèn)使用IEEE 802.1t中定義的開銷值，同時還支持其它標(biāo)準(zhǔn)，以便兼容不同廠家的設(shè)備。

根路徑開銷(Root Path Cost，RPC)：非根橋到達根橋可能有多條路徑，每條路徑都有一個總開銷值，被稱為RPC(根路徑開銷)。

STP不會計算入端口的開銷，只在數(shù)據(jù)通過端口發(fā)出時，才計算這個端口的開銷。對于根橋來說，根路徑開銷是0。

即累計根路徑開銷最小的端口就是根端口。端口收到一個BPDU報文后，抽取該BPDU報文中累計根路徑開銷字段的值，加上該端口本身的路徑開銷即為累計根路徑開銷。

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(上左圖)SW3從GE0/0/1接口到達根橋的RPC，等于接口1的Cost加上接口2的Cost。

(上右圖)s2中eth0/0/1端口的根路徑開銷，就是20+18=38,eth0/0/2端口的根路徑開銷就是39.所以0/0/1是根端口。

特點：

??? (1) 根路徑開銷這個值越小，說明到達根橋的路徑越優(yōu)。

??? (2) 根路徑開銷最終的目標(biāo)，是從任何端口到根橋的最短路徑的總成本。

根路徑開銷是根據(jù)交換機之間的網(wǎng)段來說的，本地路徑的開銷也叫端口開銷是針對本地的物理鏈路來說的相關(guān)的IETF的規(guī)定為

6、端口角色分類

在STP中，端口角色共有三種分別為：根端口RP(Root Port)、指定端口DP(Designated Port)、阻塞端口AP(Alternate Port)。

注：以上三種角色都是在非根橋設(shè)備上的概念，它們是用來確保網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包能夠通過最優(yōu)路徑傳輸，同時避免環(huán)路的產(chǎn)生。

(1)根端口(Root Port，RP)

根端口(Root Port)： 每個非根橋都有且只有一個根端口，但它并不一定是用來與根橋直接連接的端口，而是用來確定到達根橋的最短路徑的端口。

在一個非根橋設(shè)備上，根端口是所有到達根橋路徑中，路徑成本最低的那個端口。如果這個端口的路徑，不是直接連接到根橋，而是通過其他交換機連接到根橋，那么它仍然是該非根橋設(shè)備上的根端口。

1)根端口選舉

如果有多條鏈路到根橋，就通過檢查每條鏈路的帶寬來決定端口的開銷，開銷最低的端口就成為根端口。

如果多條鏈路的開銷相同，就使用橋ID小的那個橋。

如果多條鏈路來自同一設(shè)備，就使用端口號最低的那條鏈路。

2)根端口的作用

在非根橋上，根端口是選擇用來接收來自距離根橋最近的路徑上的數(shù)據(jù)包的端口。

每個非根橋都會有一個根端口，它通過比較到達根橋的路徑成本來確定，根路徑開銷最小者，就是根端口。

3)根端口與其他端口的關(guān)系

根橋的所有端口都是指定端口，指定端口被標(biāo)記為轉(zhuǎn)發(fā)端口。

非根交換機的根端口RP,每個非根交換機有且只有一個RP。

既非根端口又非指定端口的為阻塞端口AP。

(2)指定端口(Designated Port，DP)

指定端口(Designated Port)：在每個連接點(比如兩個交換機之間的連接)，會有一條被指定的道路作為主要通道，這條道路就是指定端口。它負(fù)責(zé)在這個連接點上轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。

(下左圖)Device B和Device C與LAN直接相連。如果Device A通過Port A1向Device B轉(zhuǎn)發(fā)BPDU，則Device B的指定橋就是Device A，指定端口就是Device A上的Port A1；如果Device B負(fù)責(zé)向LAN轉(zhuǎn)發(fā)BPDU，則LAN的指定橋就是Device B，指定端口就是Device B上的Port B2。

1)指定端口的特性?

(1)根橋上每個端口都是指定端口，非根橋上需要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的端口，也是指定端口。

(2)只有非根橋設(shè)備上的端口會被選為指定端口。橋ID較小的交換機的端口當(dāng)選為指定端口。

(3)并不是每個非根橋設(shè)備上都有一個指定端口，而是每個局域網(wǎng)段中只有一個指定端口，由STP協(xié)議根據(jù)一定的規(guī)則選舉出來。

2)指定端口的作用

是在網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)無環(huán)路的傳輸，避免廣播風(fēng)暴和網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

3)指定端口的選舉過程?

在STP中，指定端口的選舉過程是通過比較各個端口的路徑開銷(Path Cost)和發(fā)送方的橋ID(Bridge ID)來進行的。

具體來說，首先會在每個物理網(wǎng)段上選舉出一個根端口(Root Port)，然后在每個網(wǎng)段上選舉出一個指定端口。

根端口是連接到根橋的鏈路所在的端口，或者到根橋的路徑最短的端口。指定端口則是從根端口開始，沿著兩個不同方向的端口到達根橋，累計途經(jīng)的帶寬開銷，開銷最小的那個端口。

(3)候補/預(yù)備端口(Alernate Port，AP)

預(yù)備端口(Alternate)：是指定端口的“替補”當(dāng)指定端口出現(xiàn)問題時預(yù)備端口就會“上場”。

如果一個端口既不是指定端口也不是根端口，則此端口為預(yù)備端口，預(yù)備端口將被阻塞。

每個非根橋設(shè)備上可以有一個或多個預(yù)備端口，它們是備用的端口，用于在指定端口或根端口出現(xiàn)問題時接管其職責(zé)。并不是每個非根橋設(shè)備上只有一個預(yù)備端口，而是根據(jù)需要可以有多個預(yù)備端口，它們都處于待命狀態(tài)，直到被激活。

1)預(yù)備端口的主要作用

在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時，參與選舉新的根端口和指定端口的過程。這樣做可以確保網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路不會形成環(huán)路，從而避免了廣播風(fēng)暴和MAC地址表震蕩等問題。

2)預(yù)備端口的選舉?

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時，預(yù)備端口會參與選舉新的根端口和指定端口的過程。

選舉的原則是，根端口是到達根橋路徑最優(yōu)的端口，而指定端口是發(fā)送/轉(zhuǎn)發(fā)BPDU報文的端口。預(yù)備端口會根據(jù)根路徑開銷、對端BridgeID、對端PortID和本端PortID等因素進行比較，選出最佳的根端口和指定端口。

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? 根橋 (Root Bridge)

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??? | (路徑開銷)

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? 非根橋 (Non-Root Bridge) -- 根端口 (Root Port)

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??? | (本地路徑開銷)

??? |

? 指定端口 (Designated Port) -- 預(yù)備端口 (Alternate Port)

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??? | (路徑開銷)

??? |

? 非根橋 (Non-Root Bridge) -- 指定端口 (Designated Port)

```

(4)端口不同

三種端口的異同如下：

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整個華為數(shù)通學(xué)習(xí)筆記系列中，本人是以網(wǎng)絡(luò)視頻與網(wǎng)絡(luò)文章的方式自學(xué)的，并按自己理解的方式總結(jié)了學(xué)習(xí)筆記，某些筆記段落中可能有部分文字或圖片與網(wǎng)絡(luò)中有雷同，并非抄襲。完處于學(xué)習(xí)態(tài)度，覺得這段文字更通俗易懂，融入了自己的學(xué)習(xí)筆記中。如有相關(guān)文字涉及到某個人的版權(quán)利益，可以直接聯(lián)系我，我會把相關(guān)文字刪除。【VX：czlingyun ? ?暗號：CSDN】