STP生成树协议的原理的讲解——二层交换技术

一、生成树协议的由来：由于网络中会存在单点故障而导致网络无法访问，系统瘫痪，因此在网络中提供冗余链路即引入备份链路来解决单点故障问题，但是------这样做的好处是：减少单点故障，增加网络可靠性；缺点是：产生交换环路，会导致广播风暴、多帧复制、MAC地址表抖动。因此生成树协议是为了提供冗余链路，解决环路问题

二、名词解释：

根桥：树的特点则是有根节点的，而这里的根桥就是相当于树的根节点。以根桥为起始点发散出去。

BID：选择根桥就需要交换机自我选择，需要交换机们的通信，这些信息被称为BPDU(桥协议数据单元），每两秒发送一次，BPDU的包含信息比较多，BID就是其中的一种。BID最小的就是根交换机ID。BID=桥优先级+桥Mac地址，一般交换机的桥优先级都是一样的（32768），所以一般比较Mac地址的大小。

根端口：不是根桥的交换机，选择一个端口用来连接根桥。根端口只能在非根交换机上选

指定端口：每两个交换机之间的链路上选择一个端口。

三、STP选择的步骤：

    1 .选择根桥;

      起始各个交换机都认为自己是根桥，然后进行互发帧进行根桥PK。BID最小的交换机为根交换机，BID由交换机优先级（2字节）和Mac地址（6字节）组合而成。先看优先级，优先级小的为根交换机；当优先级相等，看MAC地址，MAC地址小的为根交换机。

    2. 选择根端口(RP);

       本交换机各端口到达根交换机路径的开销—到达根桥的链路开销之和，找到一条开销最小的路径，交换机的这个端口就是根端口；如果路径开销相同，则比较发送BPDU交换机的Bridge ID，选较小的；如果发送者Bridge ID相同（即同一台交换），则比较发送者交换机的port ID，选较小的；如果发送者Port ID相同，则比较接收者的portID，选较小的。

    3. 选择指定端口(DP)，而非指定端口进入阻塞状态;

              “指定端口的选举”是在每一个物理网段的不同端口之间选举出一个指定端口。它是依次根据以下三项条件来判定的：

            3.1某网段到根桥的路径开销最小。

           3.2接收数据时发送方（也就是链路对端的桥）的桥ID最小

           3.3发送方端口ID最小（端口ID有16位，它是由8位端口优先级和8位端口编号组成的，其中端口优先级的取值范围是0~240，缺省值是128，可以修改，但必须是16的倍数）。

    4. RP,DP设置为转发状态，其他端口为阻塞状态;

四、实例：

1.选择根桥：

     如图：比较全部设备的BID，其中E的BID最小（由于都是32769， 所以比较的Mac地址，得出数字最小的），所以E为根桥

2.选择根端口

     为每一个非根桥的交换机（这里指A,B,C,D）选择一个距离根桥的最短路径。

     即：C---->E ：根端口为C的F0/3     路径为 19 最小。

             D---->E ：根端口为D的F0/5     路径为 19 最小。

             B---->E ：根端口为B的F0/3      路径为 19 最小。

             A---->E ：他不能直接到达，需要第三方，他有两条路径;

                               A---->B---->E :路径为19+4

                               A---->C---->E :路径为19+4

                               路径开销一致进行第三条判断依据：最低发送者的BID（对于A来说，B,C为发送者），

                               因为C的BID小于B的BID，所以选择  A---->C---->E这条路径，所以

                               根端口为A的G0/2  路径为19+4 最小。

3.选择指定端口：

       为一对交换机之间选择指定端口（即路径最小的为指定端口）：

       注意;这里是在接受的端口累加路径的开销值。从E出来的路径开销值初始值都为0

       3.1 D------------------E：   路径开销为19  （在E的端口初始值为0，在D的端口初始值为19，在中间的那条线上初始值为0）

       如何判断:     站在D,E的中间，  前往D的方向，到达D的端口，开销值为19.      前往E的方向，开销的初始值为0.   0<19 

       所以指定的端口为 E的F0/5；

      3.2   B-----------------D：   路径开销为4   （在B的端口初始值为19，在D的端口初始值为19  ；路径开销值是到达根桥的路径值）

        如何判断：  站在B,D的中间，由于路径开销相等，进行第三条判断（比较发送端的BID）因为B的BID(0060.3EEE.3E25)>D的BID（000C.CFD1.67BA）

         所以指定的端口为 D的G0/2；

      3.3 其他大都是在这样判断的。

4.根端口与指定端口设置为转发状态，其他端口为阻塞状态：  交换机自动设置，也可以管理员再次设置。

五、缺点

      反应时间慢

六、注意点

   1.一个网段中只有一个根桥
   2.非根网桥只有一个根端口
  3.根网桥的端口都是指定端口

七、参考文章

http://blog.51cto.com/wt7315/2069902

https://blog.csdn.net/qq_29630271/article/details/53889820?locationNum=2&fps=1

https://blog.csdn.net/broaden08/article/details/78151935

https://blog.csdn.net/lycb_gz/article/details/17347189

https://blog.csdn.net/qq_36248475/article/details/75008171