生成树的收敛

802.1D STP Port States

Disabled （稳定态）
- 端口未被使用时的状态
Blocking （稳定态）
- blocking port 的状态，只会接收 BPDU ，不会转发数据帧
Listening （临时态）
- 正在建立拓扑结构，不会转发数据帧，
Learning （临时态）
- 不会转发数据帧，但是会学习 MAC 地址
Forwarding （稳定态）
- 会转发数据帧，会学习 MAC 地址

802.1D STP Timer

Timer	Primary Purpose	Default
Hello Time	`root bridge` 发送 `BPDU` 的时间间隔	2s
Forward Delay	转换到 `Listening` 及 `Learning` 所需的时间	15s
Max Age	存储 `BPDU` 的时间	20s

从 blocking 转换到 forwarding 所需要的时间

graph TD
A[Blocking -- max age = 20s] --> B[Listening -- forward delay = 15s]
B --> C[Learning -- forward delay = 15s]
C --> D[forwarding]

802.1D STP Converge

2020-11-08_15-47

50s case:

当有主机与 B 相连时，该主机可以接收从 root bridge 发来的数据帧，同时，C 的 F0/1端口也可以接收从 B 发来的 BPDU 数据帧
若 AB 之间的线路出现故障，则 B 会自成一个 root bridge ，继续向 C 发送 BPDU 数据帧，由于此时 C 中仍保存着之前的 BPDU ，经过比较，会发现新的 BPDU 中的 BID 并没有之前的好，据此就可以知道 B 对应的链路断了
C 用 Max Age 的时间来等待 B 的恢复，若没有恢复，则 C 的 F0/1 端口从 blocking 转换为 listening
经过 Forward Delay 的时间，C 的 F0/1 端口从 listening 转换为 learning
经过 Forward Delay 的时间，C 的 F0/1 端口从 learning 转换为 forwarding
至此，生成树收敛，共经过 20 + 15 + 15 = 50s

30s case:

当有主机与 C 相连时，该主机可以接收从 root bridge 发来的数据帧
若 AC 之间的线路断了，则 C 的 F0/0 RP 端口接收不到从 A 发来的数据帧，F0/1 从 blocking 转换为 listening
经过 forward delay 的时间，F0/1 从 listening 转换为 learning
经过 forward delay 的时间，F0/1 从 learning 转换为 forwarding
至此，生成树收敛，共用时间 15 + 15 = 30s

STP Topology Change Mechanism

5 Min Down Time

2020-11-08_21-22

在此图片中，当 ABCD 链路出现问题时，SWA 会用 30s 的时间将 blocking 的端口转换为 forwarding ，但是数据包并没有立马就通过转换为 forwarding 的端口发送出去，其原因就在于每个 switch 都有自己的 MAC table ，而这个 MAC table 会在 switch cache 中存储 300s，因此就算生成树以 30s 收敛完毕，但是由于 MAC table 并没有及时更新，所以从主机 A 发向主机 B 的数据帧在这段时间内仍会通过连接 SWB 的 SWA 的端口发送出去，直到 MAC table 更新之后才会直接从 SWA 发向 SWD

解决方法：

当一个 switch 侦测到拓扑发生变化后，会告诉该网络所有的 switch ：拓扑发生了变化。
当其他的 switch 收到了这种通知之后，会将 MAC table 的刷新时间从 300s 缩短成了 15s，这种缩短的刷新时间会持续 35s，35s 后又会变成 300s 一次刷新
这种方法比直接清除 MAC table 更好，因为它不会从表中清除有效传输流量的活动主机

这种机制是通过 TCN BPDU 实现的（Topology Change Notification BPDU）

发现问题的 switch 会通过发送 TCN 告诉 root bridge 拓扑结构发生了变化
- switch1 通过 RP 向它的上一层 switch2 发送 TCN ，而上层的 switch2 接收到 TCN 后会向该 switch1 发送 TCA 确认，当 switch2 发送了 TCA 后，switch2 会向上发送 TCN …… 直到 TCN 传递到了 root bridge
收到 TCN 的 root bridge 会告诉整个网络的 switch ，拓扑结构发生了变化
- root bridge 会将发送的 BPDU 中的 TC bit 设置为 1，而收到的 BPDU 中的 TC 为 1 的 switch 会将 MAC table 的更新时间设置为 15s ，持续 35s

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