STP生成树协议知识点

STP（ Spanning Tree Protocol ）生成树协议。

STP是一个用于局域网中消除环路的协议，它的标准是IEEE 802.1D。运行该协议的设备通过彼此交互信息而发现网络中的环路，STP将部分冗余链路强制为阻塞状态，其他链路处于转发状态。当处于转发状态的链路不可用时，STP重新配置网络，并激活合适的备用链路状态。

由于局域网规模的不断增长，生成树协议已经成为当前最重要的局域网协议之一。

1.环路引起的广播风暴：

根据交换机的转发原则，如果交换机从一个端口上接收到的是一个广播帧，或者是一个目的MAC地址未知的单播帧，则会将这个帧向除源端口之外的所有其他端口转发。如果交换网络中有环路，则这个帧会被无限转发，此时便会形成广播风暴，网络中也会充斥着重复的数据帧。

2.MAC地址表震荡：

同一个交换机有两个或两个以上接口可以接收到同一个MAC地址，导致MAC地址与交换机端口的对应关系经常发生变化。

STP目的通过阻塞端口来消除环路，并能够实现链路备份的目的。

STP 的计算方法：

STP中定义了三种端口角色：指定端口DP，根端口RP和预备端口AP。

指定端口是交换机向所连网段转发配置BPDU的端口，每个网段（一条线路上）有且只能有一个指定端口。一般情况下，根桥的每个端口总是指定端口。

根端口是非根交换机去往根桥路径最优的端口。在一个运行STP协议的交换机上最多只有一个根端口，但根桥上没有根端口。

根端口一定在非根交换机上，有且只能有一个根端口

如果一个端口既不是指定端口也不是根端口，则此端口为预备端口。预备端口将被阻塞。

1、选举一个根桥。

STP中根桥的选举依据的是桥ID：

桥ID(Bridge ID)=优先级+MAC地址

在STP网络中，桥优先级是可以配置的，取值范围是0～65535，默认值为32768。优先级最高的设备（数值越小越优先）会被选举为根桥。如果优先级相同，则会比较MAC地址，MAC地址越小则越优先。

2、每个非根交换机选举一个根端口。

非根交换机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。

交换机的每个端口都有一个端口开销（Port Cost）参数

最短路径的路径开销被称为RPC（Root Path Cost，根路径开销），路径开销最小的端口就是根端口，并生成无环树状网络。根桥的根路径开销是0，默认是 128.

选择收到发送者BID最小的那个端口作为根端口。

选择发送者PID最小的那个端口作为根端口。

选择本交换机的这些端口中的PID最小的作为根端口。

3、每个网段选举一个指定端口。

非根交换机在选举指定端口时分别依据根路径开销、BID、PID。

如果累计路径开销相同，则比较端口所在交换机的桥ID，所在桥ID最小的端口被选举为指定端口。

如果通过累计路径开销和所在桥ID选举不出来，则比较端口ID，

端口ID最小的被选举为指定端口。

4、未被选举为根端口或指定端口的端口为预备端口，将会被阻塞。

交换机端口的状态：

Forwarding：转发状态。端口既可转发用户流量也可转发BPDU报文，只有根端口或指定端口才能进入Forwarding状态。（转 BPDU ）

Learning：学习状态。端口可根据收到的用户流量构建MAC地址表，但不转发用户流量。增加Learning状态是为了防止临时环路。（只学习不转发）

Listening：侦听状态。端口可以转发BPDU报文，但不能转发用户流量。（只转 BPDU 但不转发流量）

Blocking：阻塞状态。端口仅仅能接收并处理BPDU，不能转发BPDU，也不能转发用户流量。此状态是预备端口的最终状态。（接收 BPDU 但不转发）

Disabled：禁用状态。端口既不处理和转发BPDU报文，也不转发用户流量。

根桥故障：

根桥故障会导致非根交换机重新选举根交换机，需要50s的时间才完成BPDU的发送

直连ROOT交换机的链路故障，当直连链路的AP端口会进入转发状态需要30s

非直连ROOT交换机的链路故障预备端口恢复到转发状态大约需要50秒

拓扑故障导致原有数据无法按原路返回，需要重新激活阻塞端口为转发端口，并重新学习 MAC 表项需要 300s。