以太网以及STP相关概念

以太网/LAN(local area network )的相关概念：
问题：
信号传输距离有限；
解决方案：
中继器 - 放大电信号，延长信息的传输距离；

中继器带来的问题：
只有2个端口，连接设备少；
解决方案：
集线器 - 多端口的中继器，可以连接多个设备；
集线器的问题：
不同终端设备发送的信号，会产生冲突；
针对信号冲突的缓解方案：
CSMA/CD ，带有冲突检测的，载波侦听多路访问机制；
引入新的设备 :
网桥(bridge) - 隔离冲突域；
问题：
网桥设备端口较少，只能连接2个设备；
解决方案：
引入新的设备 ：
交换机 - 多端口的网桥，可以实现
冲突域的隔离；

                                               STP生成树协议
                                         传统交换网络存在的问题：
单点故障

解决方案：
增加冗余链路
增加冗余设备
先搞清楚环路是如何形成？

随之而来的问题：
数据转发环路；
产生环路的数据，会不断的在网络中进行传输，从而消耗
网络中链路资源和设备资源；
解决方案：
在交换机上运行 STP 协议；

STP - 生成树协议； （802.1D）

-作用
    存在冗余链路的情况下，实现环路的防护；
-实现 
    BPDU - 桥接协议数据单元 

-分类
  PVST \ RSTP  \ MSTP 

工作过程：
1、确定交换机角色
根交换机
非根交换
原则：比较每个交换机的 BID（桥ID），越小越好；
组成：
优先级+MAC
优先级 - 默认是32768
MAC - 交换机的主板MAC（基MAC）

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2、确定端口角色
根端口 - 每一个非根交换机只有一个距离根交换机最近的口
指定端口 - 每一个“冲突域”中都存在一个距离根交换机最近的口
非指定端口- 其他所有端口，都叫做非指定端口

如何表示“距离” ？
    在 STP 中，通过　cost　表示一个路径的距离；
    对于某些链路，均有默认的 cost 值：
        10M - cost 100 ； 
        100M - cost 19 ; 
        1G - cost 4 ;
        10G - cost 2 ;
BPDU - 
  Root-ID   //表示根交换机是谁；
  Cost      //表示发送该BPDU的交换机到达 根交换机 的距离
  BID       //表示发送该BPDU的交换机的名字；
  Port-ID   //表示发送方交换机是在哪个端口发送出来的；
               -组成：
                   端口优先级.端口号
                      -优先级默认值为 128 ； 

3、确定端口状态
disable // 相当于shutdown，此时端口不能使用；
listening //侦听，该状态侦听的是BPDU，用于确定端口角色
learning //学习，该状态学习的是MAC,形成MAC地址表；
forwarding // 转发， 即端口的最终转发状态；
（根端口 、指定端口）
block // 阻塞，此时的端口是不可以发送数据的；
（非指定端口）
4.交换机如何区分不同 VLAN 的 BPDU ：
我们使用 BID 中的 2 个字节的优先级中的 低12 bit 作为
vlan 号 ；
由此得出：
前面2个字节的优先级字段，真正用来表示优先级的，仅有4
bit ； 所有呢，优先级只能有 16 个 ；
但是，在表示优先级数值的时候，后面的12bit，都必须算上
同时，必须是0；
即，每个交换机的 STP 的优先级，都是 2的12次方的 0-15
倍数，即 4096的倍数；