HCNA Routing&Switching之STP选举规则

　　前文我们了解了二层环路对网络带来的影响，以及STP工作流程和BPDU数据包结构和相关字段的说明，回顾请参考https://www.cnblogs.com/qiuhom-1874/p/15121317.html；今天我们主要来讨论下STP具体选举流程相关话题；

　　我们知道STP主要是通过构造“一棵树”来消除二层网络中可能存在的环路，同时当活动链路发生故障，激活备份链路，从而实现网络的可靠性；它的工作过程过程如下

　　1、选举根桥的规则

　　根桥的选举规则很简单，在STP初始化时，每一台交换机都会认为自己是根桥，都会发送BPDU；根据各交换机发送的BPDU中BID，首先比较各自的BID中优先级，优先级最小对应设备就是根桥；如果优先级都一样，则比较BID中的mac地址，mac地址最小的设备成为根桥；根桥选举完成以后，非根桥设备不主动发送BPDU，只有根桥设备主动发送BPDU，非根桥设备转发BPDU；

　　提示：选举根桥只是比较各交换机发送的BPDU中的BID，BID最小为根桥（BID由优先级和mac地址组成，先比较优先级，再比较MAC地址）；上图中swa的优先级最小，所以swa就是根桥；剩下的swb和swc就是非根桥设备；

　　2、在非根桥设备上选举根端口

　　提示：选举根端口是通过对应端口收到的BPDU中，根据端口的根路径开销（到达根桥最短路径开销）、对端BID、对端PID和本端PID；根路径开销最小的端口成为根端口；如果根路径开销一样，则比较对端BID（对应端口连接的设备）；比较对端BID的规则是先比较优先级，优先级小者，对应端口成为根端口；如果对端BID中的优先级一样，则比较mac地址，对端mac地址小者成为根端口；如果对端的BID一样，则比较对端PID，比较对端PID的规则是，先比较优先级，再比较端口编号，对端pid中优先级小者为根端口；如果优先级一样，则端口编号小者为根端口；如果对端PID也一样，则比较本端PID，比较规则和比较对端PID一样，先比较优先级，优先级小者为根端口，如果优先级一样，则比较端口编号，端口编号小者为根端口；

　　实验：如下拓扑，三个交换机都运行STP，看看对应的根桥和根端口是怎么选举的；

　　分析：上述拓扑，首先三个交换机会选举根桥，根桥的选举只看BID；从上面的信息可以看到当三个交换机发送的BID中的优先级都有一样（默认都是32768），此时根桥的选举就比较那个mac较小了，最小的是根桥；很容易判断出s2就是根桥；那么s1的eth0/0/1就是根端口（因为在s1上eth0/0/1到达根桥的路径开销为200000，而eth0/0/2到达根桥的路径开销为400000）；同样在s3上eth0/0/2是根端口；

　　验证：查看s2是否是根桥？

　　提示：可以看到在s2上查看stp接口信息，其中root的mac地址就是s2自己 ，说明s2就是根；

　　验证：在s1上查看对应根端口是否是eth0/0/1?

　　提示：可以看到在s1上，eth0/0/1是根端口；

　　验证：在s3上查看对应根端口是否是eth0/0/2?

　　提示：可以看到s3上eth0/0/2就是根端口；

　　上述实验选举根端口就是通过根路径开销来选举的；接下来我们来看看当到达根路径开销相等时，又该如何选举根端口呢？

　　实验拓扑

　　分析：从上面拓扑的bid可以看到，当前根桥还是s2；那么对于s3来说，eth0/0/1和eth0/0/2到达根路径开销都是400000，此时在s3上那个端口为根端口呢？从选举规则来讲，当根路径开销一样时，则看看对端的BID；那么确定s3的根端口就只需要比较eth0/0/1的对端s1的BID和eth0/0/2的对端s4的BID，谁小，对应的端口就是根端口；从上面的拓扑可以看到s4的BID要大于s1的BID，所以对应s3上的eth0/0/1就是根端口；

　　验证：在s3上查看是否是eth0/0/1为根端口？

　　提示：可以看到s3之前的eth0/0/1是阻塞的，新加了一个s4以后，对应端口的角色也发生了变化，从阻塞端口变为了根端口；其原因就是因为eth0/0/1的对端s1的BID要小于eth0/0/2的对端s4的BID；

　　当对端BID相同时？对应根端口该如何选择呢？

　　分析：如上拓扑，根桥还是s2；那么对于s1来说，到底那个端口才是根端口呢？首先看根路径开销都一样，都是200000；看对端BID，对端BID都一样，都是s2的BID；此时在s1上选举根桥会看对端PID，谁小谁就是根端口；

　　在s2上查看eth0/0/1和eth0/0/2的PID

　　提示：可以看到在s2上eth0/0/1的PID为128.1，eth0/0/2的PID为128.2；那么对于s1来说，此时根端口就应该是eth0/0/1（原因是它的对端是s2的eth0/0/1）；

　　验证：在s1上查看对应的根端口

　　提示：可以看到s1上根端口为eth0/0/1；从上面的实验过程可以看到对端BID相同时，根端口的选举会根据对端PID，对端PID小者，对应本端端口就是根端口；

　　当对端PID相同时，根端口又将如何选择呢？

　　分析：从上面的拓扑可以确定根桥还是s2，对于s1来说eth0/0/1和eth0/0/2谁才是根桥呢？首先在s1上选举根端口，会看根路径开销，两个端口到根路径开销都是200000；当根路径开销相同时，比较对端BID，上图中s1的对端是s2，所以BID相同；当BID相同我们需要比较对端PID，从上图中我们可以看到s1的两个端口的对端都是s2的eth0/0/1，所以对端PID也相同；此时在s1上选举根端口就会看本端的PID，谁小谁就是根端口，默认情况端口的优先级都是默认值128，比较PID就是看那个端口的端口编号小；很显然eth0/0/1的端口编号要小一点，所以s1上的根端口为eth0/0/1；

　　验证：查看s1上的eth0/0/1，看看它是否是根端口？

　　提示：可以看到s1的eth0/0/1就是根端口；

　　3、在链路上选举指定端口

　　选择指定端口的规则是先看该端口转发出来的bpdu中根路径开销，开销小者为指定端口，如果开销一样则比较BID，BID小者为指定端口；如果BID相等则比较PID，PID小者为指定端口；

　　实验：根据以下拓扑图，选出指定端口

　　分析：根据stp选举根桥的规则，上述实验根桥一定是s3，因为根桥选举看BID，优先级一样比较mac大小，小者为根桥；其次选举根端口，根据根端口的选举规则，在s1上根端口是eth0/0/2（因为eth0/0/2到根桥的路径开销为200000，而eth0/0/1到根桥的路径开销为400000）；对于s2上来说，根端口为eth0/0/2(因为eth0/0/1到达根桥的路径开销为400000)；接下来选择指定端口，根据指定端口选举规则，先看发出bpdu中的根路径开销；对于s1的eth0/0/1和s2的eth0/0/1直连的链路上，s1的eth0/0/1发出的bpdu中根路径开销为200000，s2的eth0/0/1发出的bpdu中根路径开销为200000；所以根路径开销一样的情况，此时选举指定端口就需要比较BID；因为s1的BID要小于s2的BID，所以指定端口为s1的eth0/0/1；对于根桥上的端口来说，因为它发出的bpdu中根路径开销为0；所以根桥上的端口都是指定端口（排除自环，如果根桥上有端口自环，自环的两个端口中一定有一个端口处于阻塞，这样一来根桥的端口就不是都是指定端口）；

　　验证：查看s3是否是根桥？

　　提示：可以看到在s3上的stp相关信息中，根桥的BID和s3的BID相同，说明s3就是根桥；

　　验证：查看s1的eth0/0/1是否是指定端口，eth0/0/2是否是根端口？

　　提示：可以看到s1上的eth0/0/1是指定端口，eth0/0/2是根端口；

　　验证：查看根桥的端口，看看是否都是指定端口？

　　提示：可以看到非自环的情况下，根桥上的所有端口都是指定端口；

　　实验：当BID相同时，看看对应指定端口该如何选举？

　　分析：从上面的BID就可以看到s1为根桥，s2为非根桥；对于s2来说，根端口是eth0/0/1(因为eth0/0/1、eth0/0/2和eth0/0/3的根路径开销都为200000，此时选举根端口就比较对端BID，eth0/0/1对端BID就是根桥，而eth0/0/2和eth0/0/3对端BID是s2，所以eth0/0/1为根端口)那么对于s2的eth0/0/2和eth0/0/3之间的链路选举指定端口该怎么选呢？从上面选举指定端口的规则来讲，首先比较发出bpdu中的根路径开销，这两个端口的发出BPDU中的根路径开销都是200000；如果发送的BPDU中根路径开销相同，则比较BID；eth0/0/2和eth0/0/3都是s2的端口，所以BID就是s2，两个端口的BID也相同；此时选举指定端口就需要比较pid；pid小者为指定端口；因为eth0/0/2的端口编号小于eth0/0/3的端口编号；所以eth0/0/2为指定端口；（因为默认PID中的优先级都一样，我们只需要判断端口编号大小即可）；

　　验证：查看s2各端口情况？

　　提示：可以看到s2的1口为根端口，2口为指定端口，3口为阻塞端口，也叫备份端口；

　　4、预备端口的确定

　　通过上述的选举，最终没有被选举成为根端口或指定端口的端口，都会被确定为预备端口；该端口会一直处于阻塞状态，只接受BPDU，不转发数据；直到正常链路故障，该端口才有可能转变为其他角色和状态，进行数据转发；