STP生成树原理及选举规则

一、生成树原理

当一个网络是环形的网络时，会形成广播风暴，所谓的广播风暴是指对于一个大家都不知道主机的MAC地址，所有交换机都会不停的相互广播，会占用大量的网络带宽，导致正常业务不能运行，甚至彻底瘫痪。而STP生成树形成一个树状结构的无环网络拓扑，使得网络拓扑物理有环，逻辑无环。

二、生成树协议工作原理

spanning(生成) tree(树) protocol ，简称STP，形成一个树状结构的无环网络拓扑。
所有交换机物理上是互相连接，会形成广播风暴，那么STP的作用就是解决广播风暴。
–避免广播风暴：所有交换机默认运行生成树协议，形成初始无环拓扑，一些端口会被阻塞
–链路备份：当现有的链路出了问题，交换机会自动启用之前被禁用的端口，形成一个新的无环拓扑

工作原理：

选择根网桥（Root Bridge）、选择根端口（Root Ports）、选择指定端口（Designated Ports）、每个STP实例中有一个根网桥，每个非根网桥上都有一个根端口，每个网段有一个指定端口，非指定端口被阻塞。

三、选举规则

1.选择根网桥：

每个广播域选举一台交换机做为根网桥，网桥ID最小的作为根网桥
网桥ID:网桥优先级+网桥mac地址
网桥优先级：
范围：0-65535
默认优先级：32768
步长：4096

2.选择根端口：

每个非根网桥上选择一个根端口，此端口到达根网桥的路径成本之和最低则作为根端口
路径成本=带宽
1000M带宽 成本2w
100M带宽 成本20w
如果成本一样则此端口直连(邻居)网桥ID最小作为根端口
如果直连网桥ID一样则端口标识最小作为根端口
端口标识=端口优先级+端口号
端口优先级：取值范围0-240
默认值128
步长16

3.选择指定端口

根网桥上的所有端口都是指定端口,每根网线上选择一个指定端口
此端口所在交换机到达根网桥路径成本最低则作为指定端口
如果成本一致则所在交换机的网桥ID最小则作为指定端口

4.阻塞端口

剩下没有选的端口为阻塞端口

四、案例

有以下拓扑图，分析选举端口角色。

1.选择根网桥，比较网桥ID，网桥ID最小的为根网桥




通过命令查询得知，SW2的网桥ID最小，SW2为根网桥，其他为非根网桥

2.选择根端口，每个非根网桥上选择一个根端口，此端口到达根网桥的路径成本之和最低则作为根端口

• SW1的e0/0/1口到根网桥的成本是20w,而e0/0/2到根网桥的成本是40w。所以e0/0/1是SW1根端口。
  
• SW3的e0/0/1到达根网桥的成本是20w,而e0/0/2到达根网桥有两条路，成本分别是40w和60w，所以e0/0/1是SW3的根端口
  
• SW4的e0/0/3到达根网桥的成本是20w,e0/0/1到达根网桥的成本是40w，e0/0/2到达根网桥的成本是40w,所以e0/0/3是SW4的根端口。
  
  3.选择指定端口，根网桥上的所有端口都是指定端口,每根网线上选择一个指定端口，此端口所在交换机到达根网桥路径成本最低则作为指定端口，如果成本一致则所在交换机的网桥ID最小则作为指定端口
• 通过上面的选举，2号网络、4号网络和5号网络的端口都有角色了，只需要在1、3号网络上选举指定端口。(此处的网络编号只是为了方便大家看图理解，并无实际意义)
  
• 1号网络中网线相连的两个非根网桥到根网桥的成本一样，则比较端口相连的网桥ID,网桥ID小的则此端口为指定端口。SW1的网桥ID为4c1f-cc88-6094，SW4的网桥ID为4c1f-cca4-24eb。
  SW1的网桥ID更小，所以与SW1相连的e0/0/2为指定端口
  
• 3号网络中网线相连的两个非根网桥到根网桥的成本一样，则比较端口相连的网桥ID,网桥ID小的则此端口为指定端口。SW3的网桥ID为4c1f-ccad-583b，SW4的网桥ID为4c1f-cca4-24eb。
  SW4的网桥ID更小，所以与SW相连的e0/0/1是指定端口
  

4.选择阻塞端口，其他端口角色选举完毕，剩下的端口就是阻塞端口

五、验证

SW2是根网桥，根网桥上的每个端口都是指定端口

SW1的e/0/1是根端口，e0/0/2是指定端口

SW3的e0/0/1是根端口，e0/0/2是阻塞端口

SW4的e0/0/1是指定端口，e/0/0/2是阻塞端口，e0/0/3是根端口

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