网络初级篇之STP(BPDU详解与STP故障恢复)

一、BPDU包含的参数

 

  通过STP的原理,我们学习了红色部分的字段(根桥ID、根路径开销、桥ID、端口ID)。现在讲解一下黄色部分的字段(类型、计时器、老化时间、访问时间)

1、(BPDU Type)BPDU类型

  BPDU报文共有两种类型:配置BPDU与TCN BPDU。一般情况下,配置BPDU是根桥发送给各个桥的报文;而TCN BPDU是当网络拓扑中的桥发现网络拓扑发生变化时,向根桥发送的报文。

2、计时器

  BPDU报文在网络中的生存周期(配置BPDU报文每经过一台桥设备,报文老化时间+1)

3、最大老化时间

  BPDU报文在网络中最大的老化时间(当报文老化时间大于最大老化时间时,BPDU报文将被丢弃。桥设备将根桥看做不可用前保留根ID的最大时间。最大老化时间可修改,默认为20秒)

4、访问时间

  根桥经过特定的时间向其他桥设备发送BPDU报文,为STP生成树包活,这一特定的时间就是访问时间(每间隔2秒一次)

5、转发延时

  端口状态改变时所需要的时间(30秒)

二、常碰到的问题

1、根桥故障时

  

     当根桥发生故障时,不会再向其他桥设备发出配置BPDU报文。当非根桥没有收到根桥发出的配置BPDU报文后,会等待一个最大老化时间(默认时间20秒)。当到达最大老化时间后,非根桥会认为根桥网络不可达(根桥故障),使原本阻塞的端口会由阻塞状态(阻塞状态只接收对端发送的配置BPDU报文,不能发送BPDU;不能参与数据的转发)变为监听状态(监听状态是选举根与各个端口类型的状态,此时依旧不能参与数据的转发),此变化过程需要15秒的时间。之后,端口状态由监听状态变为学习状态(此过程需要15s的时间)。处于学习状态的端口可以学习接收到的数据中的MAC地址,此时依旧不能转发数据。再次经过15秒后,端口状态由学习状态变化为转发状态,此时,端口恢复数据的转发。

  从上面可以看出:在STP中,当根桥出现故障时,会自动重新选举新的根桥与各个端口(根端口、指定端口、阻塞端口)。经过(20秒+15秒*2=50秒)的时间才会恢复数据的转发。

2、直连链路发送故障

  

   当上图的链路发生故障时,由于另外一条链路仍然可以收到根桥发出的配置BPDU报文,所有LSW2会立刻知道链路发生问题。原本的阻塞端口会变成监听状态,在变为学习状态,最后变为转发状态,整个过程会用2*15秒=30秒的时间。

  从上面可以看出:在STP中,当直连链路发生故障时,需要经过30秒的时间才会恢复网络数据的转发。

3、非直连链路发生故障

  

  当上图链路发生故障时,LSW2会感知到链路发生故障,会以自己为根桥给LSW3发送配置BPDU报文。当LSW3收到LSW2的配置BPDU报文后,与收到根桥(LSW1)的配置BPDU报文进行对比,对比发现LSW2发送的配置BPDU报文不是最优的,便不理会。当LSW3经过一个最大老化时间(默认20秒)后,LSW3上的阻塞端口由于收不到来自根桥的配置BPDU,便由阻塞状态转换为转发状态,将根桥的配置BPDU报文发送给LSW2。当LSW2收到根桥的配置BPDU报文后,与自己的配置BPDU报文进行对比。发现不是最优配置BPDU报文,然后进行端口收敛。整个过程会持续(20秒+2*15秒=50秒)的时间。

  从上面可以看出:在STP中,当非直连链路发生故障时,需要经过50秒的时间才会恢复数据的转发。

三、TCN TC TCA 与MAC地址表

  MAC地址表的默认老化时间为300秒,当网络拓扑发生变化,桥设备的端口可能发生变化,相应的MAC地址表可能会发生错误(MAC地址表中记录MAC地址与端口对应错误)。

  当网络拓扑发生变化时,出现变化或者发现链路发生故障的桥设备会向外发送TCN BPDU报文,而接受到TCN BPDU的设备会向TCN BPDU报文的发送端发送TCA BPDU报文进行应答,并且会向外继续发送TCN BPDU报文。当根桥接收到TCN BPDU报文后,会向外发送TC BPDU报文,以告知所有的桥设备网络拓扑发生改变接收到TC BPDU报文的桥设备,MAC地址表的老化时间由300秒(默认)自动修改为15秒(华为设备为5秒,没试验,不确定)。

四、BPDU扩展

  

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