今天，我们将探讨信道生成树协议STP。 这个话题由于表面上的复杂性而使许多人感到恐惧，因为他们无法理解STP协议的功能。 我希望在本视频教程结束时或在下一堂课中，您将了解“树”的工作原理。 在开始课程之前，我想向您展示本周桌面的新设计。
如果您使用此视频右上角的链接，也可以通过类似的方式设置桌面。 并且，请不要忘记“喜欢”并与朋友分享我的视频课程。
与上次一样，今天我们将根据思科网站上提供的ICND2时间表讨论另一个主题。 这是第1.3节“配置，验证STP协议和问题”，第1.3a小节，“ STP模式（PVST +和RPVST +）”和第1.3b节“选择STP根桥交换机”。
由于这是一个广泛的主题，因此我将对1.3b小节的讨论移至下一课“第37天”，并将在此添加1.4小节。 因此，今天我们看一下STP是什么样的，看一下该协议PVST +和RPVST +的模式，然后看一下网桥交换机根交换机ID和到端口成本根端口的路由成本。
首先，我们需要了解在OSI模型的第二级（在帧级）出现的切换环是什么，以及与之相关的问题。 我们已经在上一集中讨论了流量循环，并且该课程可以被视为今天主题的介绍。 让我举一个例子：我们有通过两条通信线路相互连接的交换机A和交换机B，第一个用户叫Joe，第二个用户叫Jim。
如果Joe向Jim发送消息，则他将帧发送到交换机A。交换机A不知道Jim的MAC地址，因此他通过所有端口发送广播帧，但Joe接收消息的端口除外。 当交换机B的端口接收到广播帧时，到达一个接口的数据包将发送到吉姆，并将到达第二个接口的数据包转发到第一个端口，然后发送回交换机A。
同时，到达第一个接口的请求被转发到第二个端口，并且还发送到交换机A。
接收到这些广播帧后，交换机A将它们发送回去：第一个接口上接收的帧在第二个接口上发送，第二个接口上接收的帧通过第一个接口发送到网络。 此过程一遍又一遍地重复，形成广播请求的循环。 如果另一个广播进入网络，则其循环方式与第一个相同。 结果就是称为广播风暴或广播风暴的现象。 网络淹没了太多的广播帧，导致其崩溃。 仅当其中一台设备断开连接或断开连接时，风暴才能停止。 如果该线路仍然可操作，则在此类风暴开始后不久，其中一台交换机将由于内存溢出而停止工作。 在第二种情况下，由于转发具有单播MAC地址的帧，可能会发生环路。 此问题称为“ MAC地址表不稳定性”。 当交换机之间的连接超过两个时，就会发生这种情况。 我将绘制一个示意图，其中开关A，B和C相互连接，并且它们之间也可能形成环路。
交换机A具有三个接口：f0 / 1，f0 / 2和f0 / 3。 假设用户有一台具有AAA MAC地址的计算机，并将广播帧发送到交换机A。交换机通过f0 / 1接口接受此帧。 网络上还有另一个用户的计算机具有BBB MAC地址。 因此，我们有源地址AAA和目标地址BBB。
交换机A不知道如何到达BBB的目标MAC地址，但它知道可以通过f0 / 1接口访问AAA的源MAC地址，并将有关它的记录放入其MAC地址表中。 交换机A然后将对目的地址的请求发送到其他两个接口-f0 / 2和f0 / 3。
在收到AAA请求后，交换机B看到它来自源f0 / 2，并将其通过f0 / 2接口可访问AAA设备的记录放入其MAC地址表中。 另外，他已经有一个记录，表明fB / 1接口与BBB目的地相对应，因此他将请求发送给了收件人。
由于交换机A发送了广播帧，因此它不仅通过f0 / 2接口到达交换机B，而且还通过f0 / 3接口到达交换机C，后者又将其发送到交换机B的f0 / 3接口。
收到帧后，交换机B会这样认为：“我知道AAA源以前位于f0 / 2接口上，但是现在它的帧是通过f0 / 3接口传给我的，所以我必须更新我的MAC地址表并替换f0 / 2等于f0 /3。“
接下来，该帧将返回到交换机A，并且非常“惊奇”它：在交换机A认为源AAA已连接到f0 / 1接口之前，现在发现消息来自f0 / 2接口。 通过交换机B和C在帧的相反方向上，交换机A将收到一条消息，这将再次使他感到困惑-现在事实证明AAA源位于f0 / 3接口上。
因此，该交换机的MAC地址表将在这三个接口之间不断地更新，即，将出现上述MAC地址表不稳定的问题。 与第一种情况一样，此处形成了帧循环，导致表每隔几秒钟更新一次。
第三个循环问题-框架的多个副本。 用户AAA将帧发送到交换机A，然后通过f0 / 2接口将其发送到交换机B，交换机B通过f0 / 1接口将其传递到BBB目的地。 没有问题。
但是同时，交换机A通过第二个接口f0 / 3将相同的帧发送到交换机C，交换机C将其转发到交换机B.从交换机C接收到数据包或帧后，交换机B看到将其发送给BBB并将其发送给收件人。 因此，BBB用户两次收到相同的数据包。 这里出现问题-如果这是由应用程序执行的数据分发，则同一帧不应两次出现给用户。
这是帧循环可能导致的三个问题。 使用STP协议，所有这些问题都以一种我们前面已经讨论过的方式解决了。 在前面的一个视频中，我不记得他的电话号码，当我们讨论端口模式时，已经提到了该协议，该协议可以防止网络中的流量环路。
因此，当三个设备彼此连接时形成一个环路，形成一个封闭的网络环路，并且属于同一广播域。 对于这种情况，STP协议使用的算法将其中一台交换机指定为根交换机-根网桥。 让我们选择交换机A作为根交换机。
连接到根交换机的每个端口都必须处于转发状态，这些端口是交换机C和B的左侧端口。这些端口向着根交换机A的方向提供数据包或帧的传输。在交换机C和B的连接线上，其中一个端口必须是处于阻塞状态阻塞。
这意味着它没有发送流量。 交换机B可能会继续向交换机C发送流量，但它的正确端口将在物理上继续运行，但不会处理此流量。 这是通过使用网桥标识符或BID开关标识符-网桥ID来完成的。
您必须记住，STP是在以太网交换机出现之前就创建的。 然后，代替了术语切换，而是使用了术语桥，并且许多协议仍然使用技术标准的经典术语。 因此，现在BID是交换机标识符。
根交换机与其他交换机交换的信息称为BPDU。 设备每2秒交换一次BPDU消息-这次称为“ hello计时器”。 BPDU消息包含根交换机的BID以及到根交换机的路由成本，或“根路径成本”（实际上是到根交换机的距离）。 每个端口上的路径成本用于计算到根交换机的最短路径，但是我们不会深入研究这个概念。
从逻辑上讲，该方案是这样工作的：由于交换机C的右侧端口被阻塞，流量朝着交换机A的方向流-交换机B-交换机C不会进入交换机A，也就是说，它不会在环路中闭合。 C引导流量A，将其发送到B，交换机B将其引导到C，此时环路中断。
这是IEEE 802.1d标准的STP协议的工作方式。 这是一个非常古老的标准，其缺点是通信断开时更新信息的最大时间等于50秒。 除了“阻塞端口”阻塞状态外，它还支持2个其他中间状态-“侦听”和“学习”，然后切换到“转发”传输状态。
交换机每2秒交换一次问候消息-C将其发送到B和A，A发送问候C和B，依此类推。 如果哪个设备没有收到此消息，它将等待它再等待10倍的hello定时器，即20秒。 之后，它等待一些动作，进入监听状态，持续15秒，然后进入学习状态，并保持15秒钟。 因此，总的不活动时间为50 s。 对于现代网络，这是一个相当长的时间。
为了改善这种情况，引入了另一个标准-IEEE 802.1w或快速STP-快速STP协议，称为RSTP。 它没有中间状态，从阻塞状态变为转发状态。
在STP中，有根端口Root Port（根端口）-这些端口用于与根交换机进行通信。 在RSTP中，添加了与根交换机无关的备用端口的概念。 如果RP的根端口与根交换机之间断开连接，则备用ALT端口立即变为RP的根端口，并在不同的路由上进行通信。
对于最困难的事件，整个过程最多需要10秒，而10秒的不活动比50秒要好得多。 这是STP和RSTP之间的主要区别。
思科现在以多种方式使用STP，但最初旨在与本机VLAN在同一广播域中工作，因此STP被视为VLAN1的一部分。 同时，人们认为所有流量都是该单个广播域的一部分。 随着网络设备的发展，思科开始以其他方式使用STP，创建了PVSTP（每VLAN生成树），这是一种专用于与多个VLAN配合使用的专有协议。 这意味着每个VLAN都有自己的STP，即自己的根根交换机根桥。
与思科通过创建RSTP改进STP的方式一样，它开发了PVSTP的“加速”版本-RPVSTP。 这两种协议都使用专有的ISL协议封装，并且不支持802.1q标准，因为它们是在采用之前开发的。 为了提高互操作性，Cisco通过添加802.1q支持来增强了这些协议。 同时支持ISL和802.1q的新协议称为PVSTP +和RPVSTP +。 现在，它们已成为思科网络的行业标准。
STP过程的特征在于每个“端口成本”端口上的路径成本度量。 作为该指标的基础，使用了“端口速度”特性-端口速度（以mb / s为单位）。 因此，根据IEEE 1998标准，10 Mb / s的速度对应于端口100的成本，100 Mb / s的速度-19的成本，1 Gb / s的成本4和10 Gb / s的成本-2的成本。此标准未考虑100 Gb / s的速度和1 Tb / s，因此在2004年开发了一个新的IEEE，该端口成本的相对指标从200万到20不等。
速度越高，成本越低，因此在计算路线时，选择成本较低的端口。 如果有两条线路-FastEthernet和GigabitEthernet，则最后一条通信线路的成本要低得多，因此，当选择到根交换机的路由时，GigabitEthern端口将具有优先权。 根交换机本身的端口成本为零。 在下一个视频中，我们将介绍选择路线的过程，您将了解很多内容。 现在，只记得定价原则是什么。
下一个主题是网桥ID发送者ID。 在STP中，它包含2个字节的交换机优先级信息和6个字节的MAC地址。
更高级的PVSTP由16位组成。 前12位称为扩展系统ID或扩展系统标识符。 它包含VLAN网络标识符-范围为0-4095的网络号和MAC地址。 另外4位用于指示网桥或交换机的优先级。 如果您回想起我们的魔术二进制表，将会看到如果所有4位均为0，那么我们将获得零优先级。
如果这些位的顺序为0001，则表示数字4096小于1，即优先级将为4096。根据16位组合，这些数字之一将用作优先级-从0到61440，随后每个比上一个多4096。
默认情况下，所有Cisco交换机的优先级为32768，但是您可以选择以下任何数字作为优先级。 使用扩展系统ID时，会将一个VLAN号添加到该号，即，如果您具有VLAN1，则网桥ID的优先级将为32768 + 1 = 32769。
我们也有一个MAC地址。 假设一台设备的网桥ID为32769：AAA：AAA：AAA，另一台为32769：BBB：BBB：BBB。 它们具有相同的数字优先级值，但是具有较低MAC地址的设备将具有一个优势，即AAA：AAA：AAA。 为了更好地了解网桥ID的工作原理，您可以再次观看此视频。
我们无法更改第二台设备的MAC地址，但是可以更改数字优先级值32769。如果您希望此设备具有更高的优先级，则可以将优先级值更改为0或小于32769的任何数字。如果我们使用0，网络号为VLAN1，那么我们得到优先级1的数值。在这种情况下，无论MAC地址的值如何，该设备都将具有比第一个设备更高的优先级。
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