一，STP概述
STP（Spanning Tree Protocol，生成树协议）是有应用于交换机之间的防环的。功能是用来防环的。
基本原理：
通过在交换机之间传递一种特殊的协议报文，网桥协议数据单元（BPDU），来确定网络的拓扑结构。BPDU有两种，一种是配置BPDU（configuration BPDU），一种TC BPDU（拓扑变更BPDU）。
前者是用于计算无环的生成树的；后者是用于在二层网络拓扑发生变化时产生用来缩短MAC表项的刷新时间的（由默认的300s--->15s）
分类：
STP
PVST
RSTP---->802.1w
MSTP---->802.1s
二，STP选举机制
1.STP网桥角色
角色：根网桥（Root），备根网桥（Secondary），非根网桥
选举依据：根据BID（网桥ID）来标识符来进行选举的
--->BID=优先级（默认是32768）+本地MAC地址
越小越优先
2.STP端口角色
角色：根端口（RP），指定端口（DP），非指定端口（NDP）
选举依据：
①先选举cost值最短
②再选举BID最小
③再选举邻居PID最小
越小越优先----在STP中所有的参数都是越小越优先
总结：
根端口：对象是非根设备，每个非根设备有且仅有一个，除了根以外，离根最近的端口，用来接收BPDU分组。
指定端口：对象是链路，每条链路上有且仅有一个。离根最近，用来发送BPDU分组
阻塞端口：每一个环形拓扑有且仅有一个，用来阻塞数据防止环路。
要根据PID来选举的情况：
3.STP选举流程
步骤：
①先选举根桥，并且根桥的所有接口都为DP。
②一般DP对面就是RP（因为DP发送BPDU分组，RP接收BPDU分组）
③一般选举的流程：
先选根桥--->选DP/RP--->选NDP（阻塞端口）
三，STP数据分组----BPDU
1.BPDU的定义
BPDU（Bridge Protocol Data Unit，网桥协议数据单元）用于实现生成树的选举和维持。一般包含选举的参数，如BID，PID，cost。
----初始情况，都能发送，当根选举出来之后，只有根才能发送，其他交换机仅仅是转发。
2.BPDU的分类
配置BPDU----周期2s
TC BPDU----①TCN BPDU ②TC BPDU ③TCA BPDU
TCN BPDU：拓扑变更告知包，只能从RP发出，不一定所有的交换机都有该数据包
TC BPDU：拓扑变更包，当根桥收到TCN BPDU后，会从DP指定端口发出TC BPDU包，所有的设备都会收到该数据包，收到TC BPDU数据包的设备会将MAC地址的老化时间从300s设置为15s。
TCA BPDU：拓扑变更确认包，当收到TCN BPDU的交换机会向发送者发送TCA BPDU报文，作为回复。
3.拓扑发生变化的流程---重点
正常情况下，交换机只会从它的RP根端口每2s接收到configuration BPDU包，但不会主动发送configuration BPDU给root bridge 根桥的。
发生拓扑变化时，
①当交换机检测到拓扑发生变化了，它就会发送TCN BPDU包给root bridge，切记，TCN是通过root port向root bridge方向发出的。
②当交换机从它的指定端口DP接收到TCN类的BPDU，它必须为其做转发，也是从它的RP发出，同时，它必须做出回复，从它的DP向发送者发送TCA BPDU作为回复。 注：这里是正常的configuration BPDU包.它的TCA位被置1,表明是要给TCN以回复的,但它跟TCN不是一类型的包.
③当TCN到达root bridge后，root bridge也要做出回应，会发出一种正常的BPDU包，包内的TC字段会被置1,TC即topology change,表示发现拓扑变化.这个包会被所有交换机转发,同样的TC位会置1,直至传遍全网,所有交换机都得知拓扑变化为止.
④收到TC BPDU包的交换机将把MAC地址的老化时间从300s--->15s
四，STP端口状态机
1.端口状态机
功能：描述端口从初始化状态到最终转发数据的过程
BLK：阻塞状态 处理BPDU，对应接口只能接收BPDU
LIS：监听状态，处理BPDU和端口选举
LRN：学习状态 ，地址学习。
FWD：转发状态，数据的转发。
五，STP链路收敛
1.链路状态收敛的定义
从链路出现故障到网络拓扑恢复稳定的过程
2.分类
直接链路收敛和间接链路收敛
直接链路收敛-----30s
必须满足的条件：-----原先的NDP就处于阻塞状态了，所以就不需要最大20s的老化时间了。
当二层网络中拓扑发生改变,将处于阻塞状态下的端口过渡到转发状态,可能用30秒或50秒的时间.其故障原因满足下面条件,从阻塞状态过渡到转发状态需要30秒,那就是交换机X的直连链路down并且阻塞接口同时也位于交换机X之上,此时30秒可以收敛[直连检测机制]。其它情况均为50秒。
间接链路收敛-----50s
间接情况：down掉的交换机x上没有阻塞端口NDP，需要20s的老化时间。
六，STP增强特性
1.Portfast---加速30s
端口加速，用于加速主机接入交换机。
注：如果在连接其他交换机的端口上启用portfast的时候，将存在产生根桥环路的风险
配置和验证portfast特性：
2.uplinkfast-----加速30s
能够在直接链路故障后提供快速收敛，加速选举新根端口。
注：启用uplinkfast特性时，将影响到交换机上所有的vlan。Catalyst交换机不支持以vlan为基础配置uplinkfast特性。
在 交换机启动uplinkfast后，由于提高了交换机上所有端口的路径开销，所以不适合作为根桥。
uplinkfast激活一个快速重新配置的条件：
①在交换机上必须启动uplinkfast功能
②至少有一个处于Blocking的端口（存在冗余链路）
③链路失效必须发生在Root Port。
3.Backbonefast------加速20s
骨干加速，用于加速间接链路收敛，加速20s
在丢失了根端口且备份俩路采用不同交换机的情况中，该特性可以降低默认的收敛时间50s--->30s。
注：通过自己做实验得知，在间接链路收敛上，down掉的端口必须是Root Port根端口。