通过BPDU的交换来看STP.docx

通过BPDU的交换来看STP注：本文中所有抓取的报文与推测结果，均是以发送者的角度来抓取和推论！（图1）在STP中，BPDU报文肩负了传递STP信息的使命，包含了STP计算时所需要的所有元素，也体现了计算的结果。文中所述BPDU是皆是指配置BPDU。BPDU主要包含有以下四项元素，这四项也是STP计算的核心，分别是：根桥ID（RID）,COST值（路径开销），发送者ID（BID），发送者的端口ID（PID）。如下图：（图2）BID是指交换机的ID，它是由优先级和交换机的MAC地址组成的，如图1中的A交换机，它的BID是 : 0，4c1f-cca2-483b 也说是说A交换机的优先级为0，MAC地址为4c1f-cca2-483b。优先级的默认值是32768，越小越优先。COST值是指本台交换机到根桥交换机的路径开销，请注意，COST值在计算时是以BPDU接收方的端口开销累加而得来的，比如，我要计算D交换机上的D03端口到根交换机A的开销时：COST=C04的端口开销+D03的端口开销，也就是COST=3+4PID是由端口优先级和端口号组成的,如图1中的A交换机G0/0/1端口，他的PID就是128.1，端口优先级默认为128，越小越优先。下面步入正题，BPDU是STP的根本，STP各个角色的确立，状态的确定，也是BPDU交换和计算的结果，那么，BPDU到底是如何进行交换的呢？STP的选举过程又是怎么样的呢？首先，对于一台交换机而言，在开启之初，它并不知道根桥等信息，但这个时候又要进行BPDU的交换，那么交换机要如何做呢？上面我们提到过，BPDU包含的四项元素，那么，此时，在不知道根桥等信息未确定的情况下，交换机本身便会认为自己是根桥，由每个端口发送出BPDU，开始进行第一次BPDU交换，也就是说，每个端口发出的BPDU应该是这样的：A交换机：g0/0/1 ：RID=0，4c1f-cca2-483b COST=0BID=0，4c1f-cca2-483bPID=128.1而同时，此端口也会收到来自于B交换机发来的BPDU，而收到的BPDU应该是怎么样的呢？根据我们前文所解释的，B交换机第一次发来的报文应该是这样的：B交换机：g0/0/1 ： RID=32768.4c1f-cc55-4d8dCOST=0BID=32768.4c1f-cc55-4d8dPID=128.1理论已经推敲出来了，那么现在就是用实际来证明，下面是我在A交换机和B交换机的机联口所抓取的报文：A 交换机 G0/0/1所发报文：B交换机 G0/0/1所发报文：从抓取到的报文上看，RID,COST,BID和我们推论的结果一样，PID是0x8001，这是因为在报文中PID是用16进制表示的，其中第3和第4位代表优先级，第5和第6位代表端口号，换算出来也就是128 1 。所以，我们的推论结果是正确的，在抓取报文的时候有可能一次抓取不到，但是我们也有另一个方法可以证明我们的推论：也和我们的推论结果一样，这里就不再对其他端口进行赘述了。那么，当交换机之间第一次收到对方发来的BPDU后，会进行怎样的计算呢？当交换机收到对方发送来的BPDU后，它会把收到的BPDU与自己本身拥有的BPDU进行逐项比较，在我们的实验当中，以A B 两台交换机为例：A交换机的G0/0/1端口收到交换机B发来的BPDU，它把收到的BPDU和自身进行逐项比较：交换机A： 交换机B：从第一项就可以看出，明显是A交换机本身的BPDU更优，那么，这个时候A交换机的动作就是不对本身的BPDU做任何改变，并把该端口置为指定端口（Designated Port，简称DP）。而反观交换机B，它从G0/0/1收到A发来的报文比自己更我优，那么，此时，交换机B就会对自身的BPDU进行改变，即：，并且交换机B会把该端口置为根端口（Root Port，简称RP）！到这里，交换机A和B的工作就完了吗？还没有，不要忘记，我们的拓扑中不是只有两台交换机，还有另外两台，在A和B互发的时候，它们一样在工作，一样会发送BPDU，一样也会进行比较。对照着拓扑，现在我们进行D交换机上G0/0/2和B交换机G0/0/2之间BPDU的交换：交换机B：RID=32768.4c1f-cc55-4d8d 交换机D：RID=32768.4c1f-cc06-703a COST=0 COST=0 BID=32769.4c1f-cc55-4d8d BID=32768.4c1f-cc06-703a PID=128.2 PID=128.2这就是两台交换机在初始状态下所发出的BPDU，交换机D把收到的BPDU和自身的进行对比，发现没有自己的优秀，那么此时，交换机D就不对自身的BPDU做出变更，并把该端口置为指定端口。而交换机B此时把收到的D的BPDU和自身对比后发现，D的BPDU比自己更优，那么，交换机B 就会做出如下改变：，并把该端口置为根端口。到这里问题就出来了，一台交换机可以有多个指定端口，甚至多个阻塞端口，但是只可以有一个根端口。而我们的分析中，此时B交换机上的G0/0/1 和 G0/0/2都是根端口，显然就有问题了，而做为交换机来说是怎么来解决问题的呢？交换机这个时候就会把这两个端口的BPDU拿来做逐项比较：G0/0/1: G0/0/2: 比较之下，发现G0/0/1的BPDU更优秀，那么，G0/0/1的状态和BPDU不变，G0/0/2的BPDU变更为： RID=0 .4c1f-cca2-483b COST=0 BID=32768.4c1f-cc55-4d8d PID=128.2 ,并把该端口置为指定端口。在进行完第一次的BPDU交换与运算后，所有的端口角色与将要转发出去的BPDU如下：从上图不难看出此时的STP是有问题的：1， 所有的BPDU中包含有两个不同的根桥2， B02与D02链路，C03与D03链路，这两条链路的两端都是指定端口，也就意味着它们会相互转发BPDU。这些都是不正常的，而要解决这些问题，还是要靠BPDU的交换来解决，第二次交换BPDU的规则与第一次一样，但是，要注意，此时有部分端口已经是根端口了，它们不会再发出BPDU，而是只接收BPDU，再由指定端口进行转发。 首先我们来说B02与D02链路，报文如下： B交换机g0/0/2所发出的报文：D交换机g0/0/2所发出的报文：此时当B交换机收到来自D交换机的BPDU后，与自身对比，发现没有自己的优秀，那么此时就直接丢弃，并且不对端口做出任何改变。而D交换机收到来自B交换机的报文后，一对比，发现比自己的更优秀，那么，它就会把自己的配置信息做如下变更： RID=0 .4c1f-cca2-483b COST=5 BID=32768.4c1f-cc06-703a PID=128.2 并把该端口置为根端口。我们再来看C03与D03链路，它们也会相互发BPDU，同样了会进行比较，比较的结果是C交换机发给D更优秀，也就是说，交换机C的G0/0/3端口不做任何更改，而D交换机的G0/0/3端口配置信息更改为： RID=0 .4c1f-cca2-483b COST=3 BID=32768.4c1f-cc06-703a PID=128.3 并把该端口置为根端口。同样的问题再次出现了，一台交换机只可以有一个根端口，那么，D交换机就会把两个端口所收到的BPDU再次进行比较：G0/0/2: G0/0/3: 逐项比较，RID一样，再比COST值，发现是G0/0/3收到的比较优秀，那么G0/0/3状态不变。真的是这样吗？我们还忘了一件重要的事情，上面的COST值只是我们端口收到的，我