理解STP(spanning-tree)生成树协议中各种端口的选举

目录

• 1、STP生成树协议简介
• 2、STP生成树的端口状态和端口角色
• 3、STP根交换机以及根端口的选举
• 4、STP指定交换机以及指定端口的选举

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1、STP生成树协议简介

通过链路冗余的方法解决了由于单链路或单交换机故障引起的网络中断，提高了网络的可用性。当在第二层采用冗余时，又会带来广播风暴、MAC地址不稳定、重复帧拷贝等问题，此时就需要启用STP（Spanning-Tree Protocol：生成树协议）来解决这个问题。

根据思科私有和IEEE标准的STP，分为以下几种STP。由于并不是每个企业都会使用思科的设备，所以为了理解通用原理，尽量参考使用IEEE取学习，本文讲解STP和RSTP。

分类	协议
思科私有	PVST
思科私有	PVST+
思科私有	Rapid-PVST
IEEE标准	STP
IEEE标准	RSTP
IEEE标准	MSTP

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2、STP生成树的端口状态和端口角色

理解STP的端口状态和角色很重要，它可以帮助理解STP协议从应用到完成的过程。
STP 五种端口状态和RSTP 三种端口状态对比：

STP端口状态	RSTP端口状态
禁用（Disable ）	丢弃（Discarding）
阻塞（Blocking）	丢弃（Discarding)
侦听（Listening）	丢弃（Discarding）
学习（Learning）	学习（Learning）
转发（Forwarding）	转发（Forwarding）

由上表可见，RSTP把STP端口状态中的Disable、Blocking、Listening状态进行了整合，因为这三种状态都不进行包的转发。

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STP 端口角色和RSTP端口角色的对比：

STP端口角色	RSTP端口角色
根端口(Root Port)	根端口(Root Port)
指定端口(Designated Port)	指定端口(Designated)
非指定端口	备份端口（Backup Port）
禁用端口	替代端口 （Alternative Port）

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端口角色功能解释：

端口角色	位置	解释
禁用端口	存在于非根网桥和根网桥上	生成树中不起作用的端口
根端口	存在于非根网桥上	非根交换机上距离根交换机最近的端口，根端口会将数据传送给根桥用于传输，是交换机端口去往跟桥的最佳路径。
替代端口	存在于非根网桥上	用来提供替代去往根网桥路径的端口，即替换当前根端口，工作在稳定拓扑中为丢弃状态。
备份端口	存在于非根网桥上	充当指定交换机的那个网段提供一条备份链路，工作在稳定拓扑中为丢弃状态。
指定端口	存在于非根网桥和根网桥上	对于根网桥来说，所有端口都为指定端口；对于非根网桥来说，指定端口根据需要与根交换机之间收发数据。
非指定端口	存在于非根网桥上	不转发数据，被阻塞了的端口。

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【注意】备份端口主存在于两种情况：
①两端口通过点到点链路连接成为环路
②网桥与共享LAN网段有两条或两条以上链路的连接，如下图：

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3、STP根交换机以及根端口的选举

在学会判断之前，我们应该先看下交换机关于生成树的信息，这样比较好理解判断的规则的依据是什么,执行命令Switch#show spanning-tree 或者Switch#show spanning-tree brief

【注释】

• RID：Root ID，即根桥ID
• BID：Bridge ID，即非根桥ID
• PID：Port ID，即端口ID
• cost值：与路径（带宽）花费相映射的一个值，见下表

速度	花费
10Gb/s	2
1Gb/s	4
100Mb/s	19
10Mb/s	100

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因为STP崇尚“小而美”的纲领，所以 priority值越小、mac值地址越小、cost值越小、端口id（f0/1< f0/2）越小，反而级别高一些。“谁更小”成为判断是否能成为根网桥或根端口，指定端口的标准。

• 根网桥的选举
  ①priority值小的交换机优先；若相等，则判断②
  ②mac地址小的交换机优先

由此可见，根桥的选择只需用到上图中的RID，即priority值和mac地址。

• 根端口的选举
  ①cost值小的端口优先；若相等，则判断②
  ②BID的priority值小的交换机优先；若相等，则判断③
  ③BID的mac值小的交换机优先；若相等，则判断④【参考图3-1】
  
  ④发送者BID相同，比较发送者PID；若相等，则判断⑤【参考图3-2】
  
  ⑤发送者PID相同，接受者的PID 【参考图3-3】
  

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4、STP指定交换机以及指定端口的选举

• 指定端口的选举（若条件①相等，比条件②，依此类推）
  ①比较cost值
  ②比较BID值
  ③比较PID值

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