STP
本篇的基本內容：生成樹協議包括最初的STP（Spanning Tree Protocol，生成樹協議），能夠快速收斂的RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol，快速生成樹協議），以及適應多VLAN複雜環境的MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol，多生成樹協議）。
STP介紹：局域網中的物理環境通常有兩種產生原因，一種是基於可靠性的考慮，爲交換機之間提供冗餘連接；另一種是由於錯誤的網絡設置導致環路的產生。如果不對網絡拓撲加以管理，以上兩種情況均會導致嚴重的後果，如廣播風暴和MAC地址學習錯誤等。
STP在IEEE制定的802.1D標準中定義：用於在局域網中消除數據鏈路層環路。STP可以通過計算動態地阻斷冗餘鏈路，而當活動鏈路發生故障時，STP又可以激活冗餘鏈路，恢復網絡的連通，避免網絡中斷。
STP消除鏈路層環路的基本思想：將網絡拓撲修建爲樹形拓撲，而樹形拓撲是不存在環路的。（注意）
運行STP設備之間交互一些信息，然後通過計算實現拓撲的收斂，具體內容如下：
（1） 運行STP的設備依據一定的準則選舉一個樹根節點作爲網絡中的根橋，其他節點爲非樹根節點。
（2） 每一個非樹根節點，會選擇最優的路徑和根相連，非樹根節點上位於最優路徑的端口，爲該節點的根端口。
（3） 如果網絡中存在冗餘鏈路，則阻塞冗餘鏈路。
每一個非樹根節點都進行同樣的計算，最終網絡中任何兩臺設備之間都只有一條路徑可達，從而形成一顆無環的樹。
當拓撲發生變化時，節點重新進行計算，收斂爲新的樹形拓撲。
STP基本概念
1、 橋和端口的角色
STP中有兩種特殊的網橋：根橋（Root Bridge）和指定橋（Designate Bridge）。根橋是整個生成樹的根節點，由所有網橋中優先級最高的橋擔任。指定橋是負責一個Physical Segment（物理段）上數據轉發任務的橋，由這個Physical Segment上優先級最高的擔任。
網橋上的端口有不同的角色，包括根端口（Root port）、指定端口（Designate Port）、和候補端口（Alternate port）。
根端口指定網橋上距離根最近的端口。根橋沒有根端口，每一個非根橋有且僅有一個根端口
指定端口指Physical Segment上屬於指定橋的端口。根橋是所有網橋中優先級最高的，它在其所連接的所有Physical Segment上都是指定橋，所以通常情況下根橋的所有端口都是指定端口。
Alternate端口指既不是根端口也不是指定端口的端口，它用來爲根端口或指定端口做備份，從Alternate端口出發到達根橋的路徑，是網橋到達根橋的備用路徑，即最終需要阻塞的路徑。
網絡處於穩定狀態時，根端口和指定端口處於轉發狀態，Alternate端口處於阻塞狀態，阻塞Alternate端口，就消除了網絡中的環路。
橋ID
STP中每一個網橋都具有一個橋ID（Bridge ID），用於在網絡中唯一標識一個橋。根橋選擇的依據就是橋ID，具有最小橋ID的網橋即爲網絡中的根橋。
在進行橋ID的比較時，先比較橋優先級，優先級數值小者爲優；在優先級相同的情況下，在比較MAC地址，MAC地址小者爲優。當網橋沒有哦配置優先級時，使用默認優先級32768，此時，具有最小MAC地址的網橋即爲網絡中的根橋。
路徑開銷
非根橋需要確定根端口，根端口的選擇取決於端口到達根橋距離的遠近，網橋上到達根橋距離最近的端口爲根端口。衡量距離遠近依據是路徑開銷（Path Cost）。路徑開銷用戶衡量橋與橋之間路徑的優劣。STP中每條鏈路都具有開銷值，默認的鏈路開銷值取決於所遵循的路徑開銷標準以及鏈路帶寬。路徑開銷等於整個路徑上全部鏈路開銷的和。
BPDU
STP使用BPDU（Bridge Protocol Data Unit，橋協議數據單元）來交互協議信息，BPDU分兩類
（1） 配置BPDU（Configuration BPDU）：用來進行生成樹計算和維護生成樹拓撲的報文。
（2） TCNBPDU（Topology Change Notification BPDU）：當拓撲結果改變時，用來通知相關設備網絡拓撲結構發生變化的報文。
網橋之間通過交互配置BPDU來進行根橋的選舉以及端口角色的確定。配置BPDU基於二層組播方式發送，目的地址爲01-80-C20-00-00-00。
配置BPDU由根橋從指定端口週期性發出，發送週期爲Hello Time。非根橋從根端口接受配置BPDU，進行更新並從指定端口將其發送出去。網絡中只有根橋會產生配置BPDU，非根橋只對配置BPDU進行中繼，不會自行生成配置BPDU。沒有運行STP協議的網橋將把配置BPDU當作普通數據幀轉發。
網橋上的每個端口都會保存本端口接收到的最優配置BPDU，端口保存的配置BODU信息老化時間爲Max Age時間內配置BPDU信息沒有得到更新時，端口將清除保存的配置BPDU信息。
配置BPDU包含目的MAC地址、源MAC地址、幀長、邏輯鏈路頭以及載荷
STP計算過程
STP的計算過程主要包含兩個任務：選舉根橋和確定端口角色。在實際計算過程中，這兩個任務是同步計算完成的。
進行STP計算時，網橋將各個端口收到的配置BPDU和自己的配置BPDU作比較，得出優先級最高的配置BPDU；網橋用優先級最高的配置BPDU更新本身的配置BPDU，用於選舉根橋和確定端口角色；網橋從指定端口發送新的配置BPDU。
比較配置BPDU時依據優先級向量最小者最優的原則。
根橋選舉
在初始狀態時，每一個網橋都還沒有收到其他網橋發送的配置BPDU，此時每個網橋都認爲自己是網絡中的根橋，並將向外發送以自己爲根橋的配置BPDU。同時也會收到對端網橋發送的配置BPDU。每一個網橋都將自身認爲的Root Bridge ID 和接收到的配置BPDU中的Root Bridge ID進行比較，選擇Root Bridge ID較小的作爲網絡中的根橋。
確定端口角色
端口角色的確定方式分爲根端口確定、指定端口確定和Alternate端口確定的3個工作。
根端口的確定需要比較RPC。當網橋從一個端口收到配置BPDU後首先獲取其中的RPC，和接收端口的鏈路開銷相加，得到此端口的RPC，每個收到配置BPDU的端口都進行同樣的計算，然後比較各端口的RPC，擁有最下RPC值的端口即爲本網橋的根端口。
指定端口的確定需要比較端口發送的配置BPDU和接收的配置BPDU，如果發送的配置BPDU優於接收到的配置BPDU，表明端口在本Physical Segment上擁有最優的配置BPDU則該端口爲指定端口。
Alternate端口指該端口的配置BPDU在其所屬Physical Segment上不是最優的，且端口不是根端口。
（注意：在華三設備上該協議是默認開啓的所以本篇不附實驗）