stp：生成树协议的简单总结

是什么是STP?

生成树协议（STP）是一种为了解决企业网三层架构，二层桥接环路的类似于广播风暴的一系列问题的一种算法；而生成树是一种结构，是在一个二层交换网络中，生成一棵树型结构，逻辑的阻塞部分接口，使得从根到所有的节点仅存在唯一的路径；当最佳路径故障时，自动打开部分阻塞端口，来实现线路备份的作用；在解决这些问题的时候，我们把生成树的路径尽量做到最短，即星型结构。

这一系列问题包括：

1. 广播风暴;
2. MAC地址表翻滚 —在一台交换机上，同一个MAC地址只能映射唯一的接口；但同一个接口可以映射多个不同的MAC地址；
3. 同一数据帧的重复拷贝;
4. 以上3个条件最终导致设备工作过载，导致重启保护。

stp主要分为6类：802.1D,PVST,PVST+,RSTP(CISCO),RSTP(802.1W),MSTP(802.1S).
这6类的关系如下：

下面来详细的介绍一下这几个stp，首先说说802.1D.
802.1D在交换机间使用BPDU—桥协议数据单元 – 交换机间沟通互动收发的数据配置BPDU—只有根网桥可以发送，在交换网络初始状态时，所有交换机均定义本地为根网桥，进行BPDU的发送；使得网络中所有交换机均收到其他设备的BPDU，之后基于数据中的参数进行比对，选举出根网桥；再所有非根网桥不再发送BPDU，而是仅接收和转发根网桥的BPDU，周期2s发送，hold time 20s。本地交换机链路故障后，STP重新收敛，为了快速刷新全网所有交换机的MAC表，将向本地所有STP接口发送TCN（标记位中的TCN位置1），邻居交换机收到TCN后，先标记为ACK位为回复，用于可靠传输消息；之后将TCN逐级转发到根网桥处，由根网桥回复TC消息来逐级回复到所有交换机；使所有交换机临时将MAC表的老换时间修改为15s（默认的，转发延时）。所以，在一个生成树中，最主要的就是进行选举。
1.根网桥的的选举（在一棵生成树实例中，有且仅有一台交换机为root）：
BPDU中的 桥ID（网桥优先级，默认32768 + MAC地址）来决定， 先比较优先级，会选举优先级小的； 若优先级相同，比较mac，选举mac值小的。
2.根端口的选举（在每台非根网桥上，有且仅有一个接口）：
（1）比较从根网桥发出后，通过该接口进入时的cost值，选举cost值小的；
（2）若cost值相同，则比较该接口对端设备的BID，选举BID小的；
（3）若cost值相同，该接口对端设备的BID也相同，则比较该接口对端设备的接口的PID（端口号），选举PID小的；
（4）若前面三者都相同，则比较本地PID，还是选举PID小的。
3.指定端口的选举（在每一段存在STP的物理链路上，有且仅有一个,默认根网桥上所有接口为指定端口）:
(1)比较从根网桥发出后，通过该接口进入这段链路时的cost值,选举cost值小的;
(2)若cost值相同，则比较该接口本地设备的BID，选举BID小的；
（3）若本地BID相同，则比较本地的PID，还是选举小的；
（4）若本地PID也相同，直接阻塞该端口。
4.非指定端口（阻塞端口）的选举：
当以上所有角色全部选举完成后，剩余没有任何角色的接口为非指定，
该接口逻辑阻塞，实际可以接收到信息，但不转发。
那么stp为什么要改进呢，它的缺点是收敛慢，那么它是怎么收敛的呢？
首先进行侦听：强制15s，（所有交换机进行BPDU收发，选举所有角色；接口角色为非指定端口直接进入阻塞状态，若为指定端口和根端口进入下一状态）；
然后学习：强制15s，（指定端口和根端口学习所有接口连接设备的MAC地址，生成MAC表；之后进入下一状态）；
最后才转发，逻辑阻塞。
所以收敛时间=侦听时间+学习时间=30s。
PVST 是cisco的技术，他将一个vlan划为一个生成树，然后每个树的工作原理同802.1d一致，这样的话就利用了备用线路，不存在阻塞端口了。提高了链路利用率，仅支持 trunk干道封装为ISL。但是还是没有解决收敛慢的难题。
PVST+ Cisco在Pvst的基础上，想要解决收敛时间的问题，进行了升级。它兼容802.1q的trunk封装，启用了端口加速，上行链路加速，骨干加速的技术，大大减少了收敛的时间，但是还是没有彻底解决。
端口加速：接入层连接用户的接口，可以直接省去30s的收敛时间；
上行链路加速：针对直连检测（本地存在阻塞端口，若其他端口断开，该阻塞端口马上进入15是侦听，结果若为启用，那么将再进入15s学习—总30s
），可以省去30s的收敛时间；
骨干加速：针对次优BPDU，当我们有俩个valn的时候，要选举一个主root和一个次root作为备用，这个时候次优BPDU就可以直接省去30s的收敛时间了，直接选举成功。
4.RSTP又称快速生成树，分为Cisco的和公有的（802.1w）俩种，他们的原理都是一样的：
1、取消了计时器，而是在一个状态工作完成后，直接进入下一状态；
2、分段式同步，两台设备间逐级收敛；使用请求和同意标记；依赖标记位的第1和第6位；
3、BPDU的保活为6s，hello time 2s；
4、将端口加速（边缘接口）、上行链路加速、骨干加速集成了；
5、兼容802.1d和PVST，但802.1d和PVST没有使用标记位中的第1-6位，故不能快速收敛；因此如果网络中有一台设备不支持快速收敛，那么其他开启快速收敛的设备也不能快速，当tcn消息出现时，不需要等待根网桥的BPDU，就可以刷新本地的cam表。虽然，RSTP解决了收敛时间的问题，但是还是没有解决一个vlan一颗树的问题，当vlan特别多的时候，那岂不是要很多树，这就造成了很多不必要的结果。
5.MSTP则是继承了快速生成树的基础，彻底解决了一个valn一颗树的难题，将多个vlan放置于一个组内，基于每个组一棵生成树，不同组间的BPDU中优先级= 4096倍数+组号。其实就是多个RSTP的结合。