15.简述 STP 的作用及工作原理.

STP协议(生成树协议),是一个二层管理协议，标准为IEEE802.1D。IEEE 802.1d是最早关于STP的标准，它提供了网络的动态冗余切换机制。STP协议能在网络设计中部署备份线路，并且保证：

• 在主线路正常工作时，备份线路是关闭的。
• 当主线路出现故障时自动使能备份线路，切换数据流。

RSTP（rapid spanning tree protocol）是STP的扩展，其主要特点是增加了端口状态快速切换的机制，能够实现网络拓扑的快速转换。
STP协议的作用:主要是通过采用无环路路径来避免和消除网络中的环路
STP的工作过程：
运行生成树算法(STA)的交换机缺省每两秒钟发送BPDU；
选取唯一一个根网桥，根桥上的所有端口都是指定端口；
在每个非根网桥选取唯一一个根端口；在每网段选取唯一一个指定端口。

1. 选取唯一一个根网桥：BPDU中包含Bridge ID;
   Bridge ID(8B)=优先级(2字节)+交换机MAC地址(6字节);
   Cisco交换机的优先级默认为32768，可以修改，范围0－65535；
   优先级值最小的成为根网桥；
   优先级值相同，MAC地址最小的成为根网桥；
   Bridge ID值最小的成为根网桥；
   根网桥缺省每2秒发送一次BPDU；
2. 在每个非根网桥选取唯一一个根端口：根网桥上没有根端口；
   端口代价最小的成为根端口；
   端口代价相同，Port ID最小端口的成为根端口；
   Port ID通常为端口的MAC地址+端口优先级，Cisco交换机的端口优先级默认为128，可以修改，范围0－128；
   MAC地址最小的端口成为根端口；
3. 在每网段选取唯一一个指定端口：
   端口代价最小的成为指定端口；
   根网桥上的端口到各网段的代价最小；
   通常只有根网桥端口成为指定端口；
   被选定为根端口和指定端口的进行转发状态；落选端口进入阻塞状态，只侦听BPDU；
4. 阻塞端口在指定的时间间隔（缺省20秒）收不到BPDU时，会重新运行生成树算法进行选举；
   缺点：在运行生成树算法的过程中，网络处于阻断状态，所有端口都不进行转发。
   计算过程为30－50秒。
   根端口是到根桥开销最低的端口，所谓的根端口即用来向根桥发送数据的端口。
   交换网络里根端口和指定端口以外称为非指定端口，非指定端口在网络里面被生成树协议设为阻塞状态。
   每个交换机只能有一个根端口，一个物理网段只能有一个指定端口，一个交换网络里面只能有一个根交换机。

生成树端口状态：正常情况下，端口状态有两种阻塞状态、转发状态。当设备发现拓扑发生变化时，将出现两种过渡状态，侦听状态和学习状态。
阻塞状态：所有端口一开始都处于阻塞状态，以防止二层环路。处于阻塞状态的端口能够接收BPDU包，但不发送BPDU包。
监听状态：在监听状态中，交换机能够决定根，并且可以选择根端口、指定端口和非指定端口。在监听状态的过程中，端口能够发送和接收BPDN包，但不转发数据帧。
学习状态：学习状态说白了就是学习MAC，完成MAC地址表的收敛。但不转发数据帧。
转发状态：在转发状态中，二层接口可以转发数据帧。