以太网

早期的以太网使用共享线缆（HUB）接入的设备会共享带宽，泛洪处理数据
会导致数据帧的冲突问题（冲突域） CSMA/CD 可以缓解冲突的问题

1. 先听后发：先侦听链路是否空闲，空闲时发送数据（非冲突时发送）
2. 边听边发：在发送的过程中也会持续监听链路，如果发现冲突则停止发送（冲突停发）
3. 随机延迟后重发：监听链路冲突缓解或解决后重新再发送数据

以太网的数据帧类型

• Ethernet II：
  主要用于承载用户数据，或者普通二层流量
  使用 Type 来标识上层协议（如：0x0800 = IP、0x86DD = IPv6 等）

• 802.3：
  主要用于承载控制协议流量（BPDU、IS-IS 格式帧等）
  使用 Length、LLC、SNAP 用于标识上层协议（一般使用 length 来标识）

• MAC 地址（48 bit）
  是网卡的出厂地址，默认由厂商分配
  前 24 bit（OUI 指定，用于标识厂商）后 24 bit 由厂商分配，用于唯一标识一台设备

MAC 地址（帧类型）

1. 单播：第 8 bit，固定为 0，偶数帧为单播数据帧
   例如：02-00-00-00-00-01 （02 代表是单播帧，也就是 XX-00-00-00-00-01，如果 XX 是偶数就是单播帧）

2. 组播：第 8 bit，固定为 1，奇数帧为组播数据帧
   例如：01-00-5E-00-00-0A （01 代表是组播帧，也就是 XX-00-5E-00-00-0A，如果 XX 是奇数就是组播帧）

3. 广播：所有 bit 位都等于 1，FF-FF-FF-FF-FF-FF 为广播帧

交换机对于不同的数据帧，处理方式

• 学习功能：
  交换设备收到数据帧后，会根据数据帧的源 MAC 地址来进行记录
  记录 MAC 地址和接口的绑定关系（有相关记录的单播帧，称为已知单播，没有记录的称为，未知单播）

• 已知单播：
  从一个接口收到单播数据帧，会查看目的 MAC 地址表是否有对应关系，如果有，则从记录的接口发出
  （交换设备的转发行为）

• 未知单播：
  从一个接口收到单播数据帧，会查看目的 MAC 地址表是否有对应关系，如果没有，则从所有的其他接口发出
  （交换设备的泛洪处理）

• 组播：
  收到一个组播数据帧，会先上送 CPU 处理，查看本设备是否监听
  如果有监听，则从对应的接口转发
  如果没有监听，则直接泛洪处理

• 广播：
  收到一个广播数据帧，除了接收数据的接口，其余接口都做转发（泛洪）

冗余链路

冗余的交换链路会带来环路和广播风暴等问题，通过生成树解决

端口角色

RP：根端口，是非根交换机到达根桥最近的一个接口（一台非根交换机，有且只有 1 个）
DP：指定端口，每条链路都需要选举，最优的为指定端口（用于转发 BPDU 和用户数据）

选举参数

1. Root ID：
   优先级 + MAC 地址
   优先级：16 bit = 0 —— 65535，但是后 12 bit 固定为 0（4096）
   优先级只能是 4096 的倍数，如：32768、0、4096、8192 等
   （优先级默认：32768 越小越优）

   如果优先级一致，则比较 MAC 地址（越小越优）

2. RPC：
   根路径开销，非根设备到达根桥的总开销，最小的会成为 RP 端口

3. BID：
   发送者的桥 ID，哪一台设备发送，就会填充该设备的桥 ID 信息
   优先级 + MAC 地址
   优先级：16 bit = 0 —— 65535，但是后 12 bit 固定为 0（4096）
   优先级只能是 4096 的倍数，如：32768、0、4096、8192 等
   （优先级默认：32768 越小越优）

4. PID：
   优先级 + 端口 ID 组成
   优先级默认：128 越小越好，一致则比较端口 ID，越小越好
   例如：G0/0/1 接口， PID = 128.1

   1. 选举根桥：
      所有的交换设备都会认为自己是根桥，通过发送 BPDU 的报文进行选举
      比较参数 1 选举最优的设备成为根桥（有且只有一个）
      其余设备为非根交换机

   2. 非根交换机选举根端口：
      非根设备会比较本设备所有接口，哪一个到达根桥最近就会成为根端口
      比较参数 2 （数值最小的）

   3. 每段链路都需要选举 DP 端口
      先比较参数 1 和 2 如果无法选举，则比较3
      补充：双交换设备双链路相连，前 3 个选举参数一致，则会比较第 4 个参数 PID

   4. 阻塞端口：
      阻塞非 DP 和 RP 的端口，选出 AP 端口

配置命令：

1. 修改设备的优先级
   方法一

   stp   priority  0					// 把设备的优先级修改为 0

   方法二

   stp   root   primary					// 指定设备为根桥，相当于把优先级改为 0
   
   stp  root   secondary 				// 指定设备为备份根桥，相当于把优先级改为 4096	

2. 修改接口开销

   interface  G0/0/X
   stp  cost   100					// G0/0/X 接口默认开销为 20000，修改为 100

3. 修改生成树类型

   stp  mode  （stp、rstp、mstp）			// 默认为：MSTP  可以修改为其他类型

4. 查看方式

   display  stp  					// 查看详细信息
   display  stp  brief					// 查看摘要信息

STP 状态机

1. discarding：不转发用户数据，不学习 MAC 地址（可以转发 BPDU） 是 AP 端口的最终状态

2. learning：不转发用户数据，但是可以学习 MAC 地址，也可以转发 BPDU，是 DP 和 RP 的过渡状态

3. forwarding：既可以转发用户数据，又可以学习 MAC 地址和转发 BPDU，是 DP 和 RP 的最终状态

   每个状态切换都需要等待一个 forward delay（15s）
   从 discarding 到 forwarding 需要 2 个 forward delay（30s）

   STP 的收敛速度非常慢，每次接口从 Down 到 Up 还需要等 30s 才能转发
   问题一：PC 设备接入后，DP 端口需要 30s 才能转发 PC 设备的流量

   问题二：当 RP 端口故障后，最优的 AP 会成为新的 RP 端口，但新 RP 端口到达转发状态需要 30s

   即：网络的变化或者端口抖动（频繁 up/down）都会使得交换网络等待 30s 才能恢复。这是用户无法接受的

   使用 RSTP 可以解决以上的问题

   1. EP 端口（边缘端口）：
      用于连接终端设备（如：PC、服务器、IP 电话、打印机等）接口一旦 up 立刻进入 forwarding 状态
      无需等待 30s 的延迟

   2. AP 端口是 RP 的备份，AP 在 RSTP 中为预备端口，一旦 RP 故障。最优的 AP 会立刻切换至 RP 并且进入 forwarding 状态
      无需等待 30s 的延迟 （AP 在 RSTP 和 MSTP 中是 RP 的预备端口）

   • 端口快速切换到 forwarding 会产生哪些问题？
     如果端口接入就能转发有可能会产生环路问题，所以设置边缘端口时，为了保护交换设备，需要设置 BPDU 保护功能

配置命令：

1. 配置端口为边缘端口

   interface G0/0/X
   stp edged-port enable					// 用于用户终端，接入就能访问网络，避免 30s 的等待延迟
   （如果边缘端口接入的是交换机，就会有环路的风险）

2. 配置边缘端口保护

   stp bpdu-protection					// 开启后，只对边缘端口生效
   交换设备会发送 BPDU，一旦边缘端口收到 BPDU 就会主动关闭该接口（终端不会关闭）

3. 设置自动恢复

   error-down  auto-recovery  cause  bpdu-protection  interval  30		// 因为收到 BPDU 导致的端口 shutdown 可以在 30s 后自动恢复