STP生成树

0x00 前言

关于STP生成树的一些问题和笔记

0x01 正文

二层环路带来的问题有？

• 广播风暴
• MAC地址漂移

什么是广播风暴？

相当于在环形中，大家不停的反复进行泛洪广播，从而导致出现广播风暴耗尽所有资源的情况。

什么是MAC地址漂移？

因为二层环路导致一个mac地址有两个接口互相竞争，导致出现MAC地址漂移。

什么是STP

Spanning tree Protocol 生成树协议

STP的主要目的是什么

为了消除交换网络中的环路

STP原理

在网络中部署生成树后，交换机之间就会进行生成树协议报文的交互并进行无环拓扑计算，将某个即可进行堵塞从而打断二层环路。

什么是桥ID

在STP中，每一台交换机都有一个标识符就是桥ID或者叫做BID。

什么是根桥

在STP交换网络中的树根，桥ID最小的设备会被选举为根桥。

STP的Cost

每一个激活了STP的接口都维护着一个Cost值，接口的Cost主要用于计算根路径的开销。

什么是RPC

根路径开销（ROOT path cost）。一台设备从某个几口到达根的RPC等于根桥到该设备的所有方向的COst累加。

什么是Port ID

接口ID，每一个端口都有一个端口ID，端口ID由端口优先级和端口号构成。

什么是BPDU

网桥协议数据单元 Bridge protocol Data Unit。STP交换机之间交互BPDU报文，用来消息传输。

BPDU的分类：

• 配置BPDU，进行拓扑计算的关键
• TCN BPDU，当网络拓扑发生变更的时候才会触发。

BPDU的报文

STP中的指定端口是什么

指定端口是交换机向所连网段转发配置BPDU端口，每个网段只能有一个制定端口，一般每个根桥的每个端口总是指定端口

STP中的根端口是什么？

去往根桥路劲最优的端口。

根桥选举过程

• STP交换机启动后，认为自己是根桥，发送BPDU
• 收到其他设备发送的BPDU，比较
• 不断交互BPDU，最终选取，BID最小的作为根桥

STP的接口状态

STP的缺点

• 影响用户通信质量
• 学习成本高
• 收敛速度慢

补充知识

RSTP

RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) 是一种用于在网络中自动构建和维护环路免费的拓扑结构的协议。它的设计目的是在网络出现链路故障或拓扑变化时，能够快速地选择新的最佳路径，以避免网络中的环路，提高网络的可靠性和性能。

RSTP 是 IEEE 802.1w 标准的一部分，是对传统的 STP (Spanning Tree Protocol) 的改进和增强。相对于 STP，RSTP 在以下几个方面具有改进：

1. 快速收敛：RSTP 通过使用 Port Roles（端口角色）和 Port States（端口状态）的概念，可以在网络拓扑变化时更快地收敛，避免数据包的丢失和延迟。

2. 路径优先级：RSTP 可以根据路径的优先级选择最佳路径，提高网络的性能。它引入了 Alternate 和 Backup 的概念，使得网络可以在主链路故障时快速切换到备用链路。

3. 多实例支持：RSTP 支持多个实例，每个实例都可以独立地执行自己的拓扑计算和收敛过程。这使得 RSTP 可以在复杂的网络环境中更好地适应各种配置需求。

4. 兼容性：RSTP 不仅兼容传统的 STP，还可以与其他版本的 STP（如 IEEE 802.1D STP、 IEEE 802.1s MSTP）进行互操作。

VBST

VBST是Virtual Binary Search Tree的缩写，是一种通过利用虚拟节点的技术来提高二叉搜索树的性能的数据结构。

传统的二叉搜索树在插入、删除和查找操作时，需要对树进行平衡调整，以保持树的平衡性。而VBST通过引入虚拟节点的概念，来避免这种平衡调整的开销。

在VBST中，每个节点都有一个虚拟节点，这个虚拟节点并不存在于实际的树中，只是通过指针连接到实际的节点上。虚拟节点的值等于实际节点的值，并且左子节点指向实际节点的左子节点，右子节点指向实际节点的右子节点。

通过引入虚拟节点，VBST可以实现插入、删除和查找过程中的分割与合并操作。例如，在插入一个新节点时，VBST可以通过修改虚拟节点的指针，将节点插入到相应的位置，而无需进行平衡调整的步骤。同样的，删除一个节点时，也可以通过修改虚拟节点的指针，将其从树中移除，而无需进行平衡调整。

由于避免了平衡调整的开销，VBST在插入、删除和查找操作上表现出更好的性能。然而，由于需要维护额外的虚拟节点指针，VBST的实现相对于传统的二叉搜索树会更复杂一些。