生成樹埠狀態與收斂

ZywOo發表於2022-03-19

Port States and Converge

STP Port States

當STP協議啟用在交換機上時，每個埠都必須經歷以下這些階段。（僅限於802.1D，下述內容均為802.1D STP）

Disabled——埠被關閉，它不會轉發和接收資料。
Blocking——埠被阻塞，它只能接收其他交換機傳送的BPDU。
Listening——埠被允許向其他交換機傳送和接收BPDU，所以它能夠執行STP的程式，如果埠失去了DP或RP的角色，它將會回到Blocking狀態。
Learning——埠被允許傳送和接收BPDU，它還能夠學習MAC地址並將MAC地址填充入MAC地址表。
Forwarding——埠可以傳送和接受資料幀、BPDU報文，該埠是STP拓撲中具有完全功能的埠。

STP Timer

從Blocking狀態進入Listening狀態需要20秒，再從Listening進入Forwarding狀態需要30秒，共需50秒。
Loss of BPDU detected —— BPDU會在交換機埠儲存20秒，若在20秒內沒有收到BPDU或收到不同的BPDU，則埠開始計時20秒，並準備進入Listening狀態。

STP Converge

如上圖，若交換機A與B之間鏈路失效，則共需要50秒進行收斂。

交換機C的F0/1埠將無法收到交換機A傳送的BPDU，交換機B失去了Root Port，認定自己為根橋，重新傳送BPDU。
交換機C的F0/1埠收到來自交換機B的BPDU，觸發了Loss of BPDU detected，進入20秒計時。
15秒後進入Listening狀態，再過15秒進入Learning狀態，最後進入Forwarding狀態，共50秒。

若交換機A與C之間鏈路失效，則只需要30秒進行收斂。

當交換機C失去了Root Port，其餘埠只剩餘一個Blocking埠，則該埠直接進入Listening狀態，無需等待20秒。
那麼從Listening狀態進入Forwarding狀態僅需30秒即可完成轉換。

5 Minutes Down Time

在下圖的情況中，SW-B和SW-C鏈路失效，使PC-A到PC-B的路徑發生改變，但SW-A的MAC地址表並未做出相應改變，依然將PC-B的MAC地址指向SW-B，致使資料無法轉發，MAC地址表重新整理時間為300秒，則有五分鐘的時間導致網路為癱瘓狀態。

STP Topology Change Mechanism

當一個交換機在網路中偵測到了拓撲變化，它會將這個事件通告給整個交換網路。然後通知每臺交換機，將MAC地址表老化時間減少到Forward_Delay（預設為15秒）一段時間（Max_age+Forward_delay預設為20+15=35秒）。減少老化時間比直接清除MAC地址表更好，因為正在傳輸流量的主機不會被影響。
這種通告通過TCN BPDU分發到網路中。
那麼如何定義拓撲變化？

一個埠從轉發狀態被關閉。（例如Blocking）
一個埠進入到轉發狀態，且該交換機有指定埠。（這說明這臺交換機不再為獨立模式）

通告的過程分為兩步

交換機向根橋傳送資訊。
根橋傳送資訊到整個生成樹。

STP Topology Change Notification Process

在正常的情況下，交換機在根埠上只會收到來自根交換機的Configuration BPDU，而不會傳送BPDU，為了實現上述的技術，引入了一種叫做Topology Change Notification（TCN）BPDU。因此，當網路拓撲發生變化時。交換機會在根埠上傳送TCN BPDU。當指定埠接收到TCN BPDU，交換機會在自己的根埠生成一個BPDU向上轉發，這個過程會持續到根交換機收到TCN為止。
TCN BPDU是一個很簡單的BPDU，它不包含交換機資訊，只是隨著hello_time發出。（但該hello_time均為本地配置，而不是指的是configuration BPDU的Hello Time）
交換機的指定埠通過收到一個帶有Topology Change Acknowledgement（TCA）Configuration BPDU來確定上游交換機收到了TCN BPDU。通知拓撲更改的交換機不會停止傳送TCN直到其上游交換機返回一個TCA，因此，即使上游交換機沒有收到來自根橋的TCA，也會向通知拓撲更改的交換機傳送TCA。