生成树协议（Spanning Tree Protocol，STP）是交换式以太网中的重要概念和技术，该协议的目的是在实现交换机之间的冗余连接的同时，避免网络环路的出现，实现网络的高可靠性。它通过在交换机之间传递桥接协议数据单元（Bridge Protocol Data Unit，BPDU）来互相告知诸如交换机的桥ID、链路性质、根桥（Root Bridge）ID等信息，以确定根桥，决定哪些端口处于转发状态，哪些端口处于阻断状态，以免引起网络环路.
当交换机之间有多个VLAN时Trunk线路负载会过重，这时需要设置多个Trunk端口，但这样会形成网络环路。STP协议便可以解决这一问题.
可以通过配置STP端口权值STP路径值来实现负载均衡. 如果使用STP端口权值来配置那么二条负载均衡的trunk必须联同一交换机上。使用路径值则即可以联相同的交换机与可以联不同的交换机。
使用STP端口权值的负载均衡
当同一台交换机的二个口形成环路时， STP端口权值用来决定那个口是enable的，那个口是阻断的.可以通过配置端口权值来决定二对trunk各走那些VLAN, 有较高权值的端口（数字较小的）vlan, 将处于转发状态，同一个VLAN在另一个trunk有较低的权值（数字较大）则将处在阻断状 态。 即同一VLAN只在一个trunk上发送接受。

配置STP权值（默认权值128）
Switch#config terminal
Switch(config)#interface f0/1       //进入端口1配置模式
Switch(config-if)#spanning-tree vlan port-priority 10       //将VLAN端口权值设为10
Switch(config-if)#exit

配置STP路径值（默认路径值19）
Switch#config terminal
Switch(config)#interface f0/1       //进入端口1配置模式
Switch(config-if)#spanning-tree vlan cost 30       //将VLAN生成树路径值设为30
Switch(config-if)#exit 
 
冗余带来网络环路
产生的3大问题:
 1:Multiple Frame Copies/多帧复制
 2:MAC Database Instability /MAC地址数据库的不稳定 /端口漂移
 3:Broadcast Storms/广播风暴
 
解决方案:STP
STP是链路管理协议, 将特定的端口置于阻塞状态,来实现既没有环路,也可以冗余的网络.
 
STP核心:
Provides a loop-free redundant network topoloty,by placing certain ports in the blocking state.

STP信息是通过BPDU来传输的
桥接协议数据单元BPDU(Bridge Protocol Data Unit).
作用： 在交换网络中由根桥RB(Root Bridge)发送，用于STP的计算和收敛；发送周期为2秒；

两种类型：
配置BPDU  是所有端口上的根网桥以周期性间隔而发出的;
TCN(Topology Change Notification) BPDU  当交换机检测到拓扑变更时所产生的(TC发送时间持续35秒,即delay time+BPDU老化时间).

BPDU完成的任务：
 选举根桥
 确定冗余路径的位置
 阻塞特定端口防止环路
 通告网络的拓扑变更
 监控生成树的状态

协议ID（0）  表示协议 802.1d
版本号（0）  STP的版本，802.1D的版本是0
BPDU类型   配置BPDU=0, TCN BPDU=80
信息寿命  从根桥发出BPDU之后的秒数,每经过一个网桥都递减1,本质上是到达网桥的跳计数
标记域   包括 拓扑变化(TC)位,置位了就指明该BPDU是一个拓扑变化通告  或  拓扑变化确认(TCA)位
 
交换机对BPDU的处理:
如果交换机从一个接口接收到优先级高的BPDU，会把该BPDU保存下来并且该接口不再往外发送BPDU；
在收敛时只有根桥产生BPDU，其余交换机只能从RP接收BPDU后才从DP发送出去；这样非根桥可能从DP或者NDP接受到BPDU；
如果交换机从DP接收到优先级低的BDPU会丢弃，并给源MAC发送自己较新的BPDU；如果从NDP收到优先级低的BPDU会只丢弃了事。
 
端口的不同状态：
堵塞（Block，默认20s）：只监听流入的BPDU
监听（Listen，默认15s）：监听和发送BPDU（根桥、根端口、指定端口等的选举在该阶段完成，如果接口没有成为DP则重新回到Block）:
学习（Learning，默认15s）:监听和发送BPDU,并且会在该接口上学习流入帧的MAC地址
转发： 监听和发送BPDU,会在该接口上学习流入帧的MAC地址,接收和转发数据帧
禁用: 不参与STP,并且不能转发任何数据.
STP定时器: 
Hello time(2s)  用于确定根交换机多长时间向其他的交换机广播一次配置BPDU.
Forward delay(15s) 监控每个端口在学习和监听状态上停留的时间
Max Age(20s)  控制端口保存配置BPDU信息的最大时间
作用: 让网络有足够的时间来获得有关拓扑的正确信息,并确定是否存在冗余链路.
STP的默认最大寿命计时器为7,表示最大的网络直径可达7台设备.所以BPDU的Forward delay为20秒.
bpdu广播2s一次，允许有3个包丢失即6s,当假设最大为7跳的时候，则一共要用20s,所以BPDU的有效时间为20s
命令:
(config)#spanning-tree vlan 2 hello-time 2 //范围1-10s
         spanning-tree vlan 2 forwad-time 4 //范围4-30s
         spanning-tree vlan 2 max-age 6
 
STP执行的4步判决顺序
确定根交换机    lowest root BID 
计算到根交换机的最小路径开销  lowest path cost to root bridge
确定最小的发送者BID   lowest sender BID
确定最小的端口ID   lowest port ID 
 
STP的的特性：（CISCO私有）
1:PortFast 加快终端主机连接入stp网络的收敛.
只适用于,在交换机与主机(电脑)相连的端口, 不应该在交换机与交换机,路由器,hub互连的网络设备的端口使用.
interface FastEthernet0/1 (交换机上,在连接主机的端口)
 switchport mode access (接入链路)
 spanning-tree portfast
spanning-tree portfast default //全局模式下使用,全局启用portfast.

2.uplink-fast:
在所有接入层/分布层(非核心层)交换机上,配置uplink-fast,用于加速因为直链故障/直链检测错误，所引起的STP网络变化的收敛速度.
block - forward
1~5s
sw1(config)#spanning-tree uplink-fast //启用uplink-fast
show spanning-tree uplinkfast //查看uplinkfast信息
 
将网桥优先级增加49152,并且将交换机上所有接口的生成树端口开销增加3000
3.BackBone-Fast:
当遇到非直链检测错误时,加速其收敛速度:
大约为30s
indirect Link Failure
所有的交换机上,配置BackBone-Fast
sw1/2/3(config)#spanning-tree backbonefast //启用backbonefast
show spanning-tree backbonefast //查看backbonefast信息

4.portfast bpduguard (在已经是portfast端口上配置)
交换机端口的"portfast bpduguard"是指:
 在交换机的端口一旦收到BPDU包时,立刻关闭端口(进入err-disable状态),避免了更大范围的广播风暴.
如果要打开必须先shutdown,再NO SH
设置自动重新启用老化时间:
(config)#errdisable recovery cause bpduguard //默认300秒
     errdisable recovery interval ?  //修改等待间隔
 
在连接主机的端口上:
Sw1(config-if)#spanning-tree bpduguard enable
bpduguard Don't accept BPDUs on this interface

5:portfast bpdufilter (在portfast端口配置)
防止交换机在启用"portfast"的接口上发送BPDU,并且将接收到的所有BPDU都丢弃.
在特定的portfast端口上配置:
sw1(config-if)#spanning-tree bpdufilter enable 
 (bpdufilter: Don't send or receive BPDUs on this interface)
sw3(config)#spanning-tree portfast bpdufilter default  //全局的portfast端口上,都生效
注意:BPDU过滤可能导致环路,不推荐配置.配置过滤之后防护将不起作用.
6:root guard (推荐在所有的接入端口上配置)
将接口强制成为指定端口,从而防止周围的交换机成为根交换机.
(config-if)#spanning-tree guard root 
show spanning-tree inconsistentports //显示"不一致根"
 
debug spanning-tree events
logging buffered
 
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实践采用主备方式连接设备时要确认：
1、处于主的核心上的端口全为desg
2  在核心上 show spanning tree，可以看见所有VLAN 的root都在主核心上
3、在核心上采用
spanning-tree vlan 1-1000 root primary
spanning-tree vlan 1-1000 root secondary
确保spanning tree 中的ROOT全在主核心上。
4、接入交换机接入PC端口改为spanning tree portfast
上连端口设为spanning tree uplinkfast