STP生成树协议

STP生成树：

STP将环形网络修剪成为一个无环的树形网络，避免报文在环形网络中的增生和无线循环，主要为二层环形网络。采用生成树（spanning-tree）协议，能够在网络中存在二层环路时，通过阻塞（block）特定端口从而打破环路，并且在网络出现拓扑更新时及时收敛，以保证网络的冗余性。

环路带来的问题

• 广播风暴

网络中如若存在二层环路，一旦出现广播数据帧，这些数据帧将被交换机不断进行洪泛，从而造成广播风暴。

• MAC表的紊乱

频繁更新MAC地址表

若出现故障时：

采用生成树协议，能够在网络中存在二层环路时，通过阻塞特定端口从而打破环路，并且在网络出现拓扑更新时及时收敛，以保证网络的冗余性。

基本概念和术语：

根桥：每个广播域选择一个根桥，桥ID最小的，整个网络的逻辑中心。

根端口（RP）：去往根桥路径最近的端口。负责向根桥方向转发数据，同时负责接收上游设备的BPDU报文和用户流量转发。

指定端口（DP）：指定端口是向下游交换设备转发BPDU报文的端口

非指定端口（AP）：阻塞端口，当STP启用后非指定端口为阻塞状态。当链路发生变化时，该非指定端口转化为指定端口

桥ID：八个字节：两个字节的优先级和六个字节的MAC地址构成，默认32768（修改时以4096为倍数修改），桥ID最小的为根桥。

Path cost：路径开销，根设备的端口的路径开销都为0，在一个STP/RSTP网络中，某端口到根桥累计的路径开销就是所经过的各端口的开销。

带宽	802.1t	802.1d
10Mbps	2000000	100
100Mbps	200000	19
1000Mbps	20000	4
10000Mbps	2000	2

Port ID：端口ID=端口优先级（1字节）+端口编号（1字节），缺省优先级128，范围0-255，越小越优。

STP端口状态：

端口状态	端口能力
Disabled	不收发任何报文
Blocking（阻塞）	不接收或者转发数据，接受但不发送BPDU，不进行地址学习
Listening	不接收或者转发数据，接受并发送BPDU，不进行地址学习
Learning	不接收或者转发数据，接受并发送BPDU，开始进行地址学习
Forwarding	接收或者转发数据，接受并发送BPDU，进行地址学习

端口状态的转化：

BPDU：网桥协议数据单元

从根桥发出，非根桥为从根端口收到从指定端口发出（中继）

BPDU报文：

占用字节	内容	意义
2	Protocol ID	协议ID
1	version	协议版本标识符  STP为0，RSTP为2，MSTP为3
1	message type	BPDU消息类型
1	flags	标签
8	root ID	根ID，网桥优先级+MAC地址
4	cost of path	路径开销，标识本交换机距离根的距离
8	bridge ID	发送者的BID
2	port ID	发送端口PID
2	message age	消息时间，最大300s，在启用portfast后变为15s
2	max age	20s，最大生存时间
2	hellotime	hello时间，默认为2s
2	forward delay	转发延时，最大15s

端口选举：

比较次序：root identifier>root path cost>bridge identifier>port identifier         值越小越优

根桥选举

1. 比较BID即可，BID由两部分组成：两个字节的优先级和六个字节的MAC地址。
2. 比较时，先比较优先级，优先级越小越优。若优先级一样，比较MAC地址，MAC地址越小越优。

指定端口选举

1. 比较root ID，越小越优。
2. 若相同比较cost of path，越小越优。
3. 以上相同，比较BID。
4. 以上相同，比较PID。

发生故障（拓扑变更）：

发生故障处的交换机向上游交换机发送TCN BPDU报文，报告链路发生故障，上游路由器回复TCN ACK报文表示收到。

根桥收到TCN BPDU报文后，向下泛洪。

其他交换机收到TC标志位置为后，将CAM表老化时间降为15s。