STP生成树协议

生成树协议(spanning tree protocol)

·是一种工作在OSI网络模型中第二层(数据链路层)的通信协议，是一种由交换机运行的，基本应用是防止交换机冗余链路产生的环路，用于确保以太网中无环路的逻辑拓扑结构，从而避免了广播风暴，大量占用交换机的资源

生成树的类型

STP（标准生成树，又称为802.1D ）
PVST，PVST+（Cisco私有生成树协议）
RSTP（快速生成树，又称为802.1W）
MSTP（多生成树协议，又称为802.1S）

基本术语

桥、桥的MAC地址，桥的ID、端口ID：

桥：早期交换机一般只有二个转发端口，所以那个时候的交换机常常被称为“网桥”，后来“桥”这个术语一直沿用至今，但并不是指只有二个转发端口的交换机了，而是泛指任意多端口的交换机，目前“桥”和“交换机”这二个术语是可以混用的

桥的MAC地址：我们知道一个桥有多个转发端口，每个端口都有一个MAC地址，通常，我们把端口编号最小的那个端口的MAC地址作为整个桥的MAC地址。

桥ID(BID):一个桥(交换机)的桥ID由二部分组成，即：桥优先级+桥的MAC地址；其中桥优先级的值可以人为设定，默认0x8000(相当于十进制32768)，取值范围是0~65535.

端口ID(PID):一个桥(交换机)的某个端口ID由二部分组成，即：端口优先级+端口编号；端口优先级的值是可以人为设定的。不同厂商的设备对于二部分所占用的字节数可能有所不同 。

STP

·又称：802.1D ，标准生成树。
·BPDU：网桥协议数据单元。通知交换网络出现了拓扑变更，分为配置BPDU–config-BPDU（用于生成树的选举以及重收敛）和（拓扑变更）TCN-BPDU。

·端口角色：
        （1）根端口 （RP）：存在于非根网桥之上，一个非根网桥仅有一个，用于接收来自于根的BPDU。
        （2）指定端口（DP）：在一条链路中有且仅有一个，用于转发BPDU。
        （3）阻塞端口（NDP）：被逻辑上关闭的接口。

·接口状态：
        ·down： 初始化所有接口状态。
        ·侦听： （15s）所有接口收发BPDU，选举各种角色 根端口 + 指定端口 进入学习状态、指定端口进入阻塞状态。
        ·学习： （15s） 根端口 + 指定端口 记录所有进出数据帧中的源mac地址，生成mac地址表；
之后进入转发状态。
        ·转发、 阻塞。
        ·保活时间: 20s 。每隔20s进行一次激活接口。

·端口状态：
        （1）disable —关闭状态 1.关闭生成树协议 2.接口物理关闭。
        （2）blocking—阻塞状态 ，不能发送BPDU ，可以接收BPDU ，不能发送和接收数据。
        （3）listening —监听状态，可以发送并接收BPDU，不能发送和接收数据；（进行生成树选举
的）。
        （4）learning —学习状态，可以发送并接收BPDU，不能发送和接收数据；（学习MAC地址
表）—目的：限制未知单播帧的泛洪。
        （5）forwarding—转发状态，可以发送并接收 BPDU和数据。

STP 收敛

STP收敛步骤/生成树选举：

步骤一：选举根桥；

步骤二：选举根端口；

步骤三：选举指定端口和非指定端口。

1.选根网桥: 每个网络中选择唯一一个根网桥： Bridge ID 最小的网桥当选。先看优先级小当选，当优先级相同时看MAC地址，MAC地址小的当选。

2.选根端口:对于每个非根网桥选择唯一一个根端口。通过比较：1.接口最小的开销值（RPC+PC）2.最小的BID（发送方的） 3.最小的PID（发送方的）。

非根桥在选举根端口时分别依据该端口的根路径开销、对端BID、对端PID和本端PID。

COST:从根出发，到每个非根网桥端口的入流量方向，流量所经过的路线中经过端口入流量时COST增加。

一个运行STP协议的网络中，我们将某个交换机的端口到根桥的累计路径开销(J即从该端口到根路径经过的所有链路的路径开销的和)称为这个端口的根路径开销(Root Path Cost，RPC)，链路的路径开销 于端口速率有关，端口转发速率越大，则路径开销越小。

·如果某个非根网桥的端口两条链路带宽相等 如下图的S4交换机的两个端口F0/1，F0/2。S4上的根端口是哪个？

·如下图所示(S2 BID < S3 BID)，S4的根端口是哪个，显然不是F0/3，是S4的F0/1，还是F0/2?

如下图所示(S2 BID < S3 BID)，S4的根端口是哪个，显然不是F0/3，是S4的F0/1，还是F0/2?

3.选指定端口:在每个网段中选择唯一一个指定端口。通过比较：1.本设备根端口的最小开销值 2.最小的BID（本交换机）3.最小的PID（本设备）。

·比较该网段中每一个端口到根网桥的Path Cost值， Path Cost值最小的端口当选。

Cost值：从根出发到本端口所在的交换机再到本端口方向画流量方向（对端口来说可能是入流量也可能是出流量），仍然是入流量加COST。

·如果COST值相同，看本交换机的BID，本交换机BID小的端口是指定端口。所以根的所有端口的COST都是0，即根的所有端口都是指定端口。 剩下的端口就是阻塞端口。

·根端口的对端都是指定端口。

STP总结

·STP可以防止采用冗余链路的分层网络中形成环路。

·STP 使用不同的端口状态和计时器来防止出现环路。

·网络中的一台交换机会被指定为根桥。根桥通过选举来确定，在选举过程中，广播域内的邻居交换机之间会交换 BPDU 帧。

·网络中所有其它交换机使用生成树算法来确定其交换机端口的角色。最接近根桥的交换机端口成为根端口。其它的非根端口将竞争成为指定或非指定端口。

STP生成树的缺点

1、收敛速度很慢
2、链路利用率低

本文仅为个人学习笔记，欢迎一起学习~