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8.2.1 生成樹初始化階段的角色選舉
網絡中所有的橋設備在使能STP協議後，每一個橋設備都認爲自己是根橋。此時每臺設備僅僅收發配置BPDU，而不轉發用戶流量，所有的端口都處於Listening狀態。所有橋設備通過交換配置BPDU後才進行根橋、根端口和指定端口的選舉工作。
1. 根橋的選舉
“根橋的選舉”就是在交換網絡中所有運行STP協議的交換機上選舉出一個唯一的根橋。“根橋”是STP生成樹的最頂端交換設備，是STP生成樹的“樹根”。根橋的選舉依據是各橋的配置BPDU報文中BID（橋ID）字段值，BID字段值最小的交換機將成爲根橋。而橋配置BPDU報文中BID字段共有8個字節，即2個字節的橋優先級和6個字節的橋背板MAC，其中橋優先級的取值範圍是0~65535，缺省值是32768。在進行BID比較時，先比較橋優先級，優先級值小的爲根橋；當橋優先級值相等時，再比較橋的背板MAC地址，MAC地址小的爲根橋。
在初始化過程中，根橋的選舉要經歷兩個主要過程：一是每橋上確定自己的配置BPDU；二是在整個交換網絡中通過各橋自己發送的配置BPDU進行比較選舉整個交換網絡中的根橋。
l 橋配置BPDU的確定
一開始每個橋都認爲自己是根橋，所以在每個端口所發出的配置BPDU報文中，“根ID”字段都是用各自的BID，“根路徑開銷”字段值均爲0，“發送者BID”字段是自己的BID，“發送端口PID”字段是發送該BPDU端口的端口ID。
每個橋都向外發送自己的配置BPDU的同時也會收到其它橋發送的配置BPDU。但橋端口並不會對收到的所有配置BPDU都用來更新自己的配置BPDU，而是先會進行配置BPDU優先級比較。當端口收到的配置BPDU比本端口的配置BPDU的優先級低時，將丟棄所收到的這個配置BPDU，仍保留自己原來的配置BPDU，否則橋將收到的配置BPDU作爲該端口的配置BPDU。然後，橋再將自己所有端口的配置BPDU進行比較，選出最優的BPDU作爲本橋的配置BPDU。有關BPDU優先級的比較參見本章8.1.4節。
l 根橋的確定
每個橋的最優配置BPDU確定後，以後各橋間交換的配置BPDU都是各自最優的配置BPDU了。如圖8-10所示，用{}標註的四元組表示了由根橋BID（圖中以S1_MAC和S2_MAC代表兩臺設備的BID）、累計根路徑開銷、發送者BID（SBID）、發送端口PID構成的有序組。配置BPDU會按照Hello Timer規定的時間間隔來發送，默認的時間是2秒。
圖8-10 初始信息交互過程示例
一旦某個端口收到比自己優的配置BPDU報文，此端口就提取該配置BPDU報文中的某些信息更新自己的信息。該端口存儲更新後的配置BPDU報文後，並立即停止發送自己的配置BPDU報文。在圖中，如果S2的端口B由於接收到了來自S1的更好的配置BPDU，從而認爲此時S1是根橋，然後S2的其他端口再發送BPDU的時候，在根橋ID字段裏面填充的就是S1_BID了。此過程不斷交互進行，直到所有交換設備的所有端口都認爲根橋是相同的，說明根橋已經選擇完畢。
在如圖8-11所示的交換網絡中列出了S1、S2和S3的橋優先級和橋MAC地址。通過比較發現三臺交換機的橋優先級都一樣，均爲缺省的32768，這時就要進一步比較各交換機的MAC地址，通過比較可以發現S1的MAC地址最小，所以最終S1將選舉作爲根橋。
圖8-11 根橋選舉示例
2. 根端口的選舉
“根端口的選舉”就是在所有非根橋上的不同端口之間選舉出一個到根橋最近的端口。當然這個“最近”的衡量標準不是根據到達根橋所經過的橋數，而是根據端口到根橋的累計根路徑開銷最小來判定的。實質上是非根橋上接收到最優配置BPDU的那個端口即爲根端口。每個非根橋設備都要選擇一個根端口，根端口對於一個設備來說有且只有一個。
累計根路徑開銷的計算方法是累加從端口到達根橋所路經的各端口（除根橋上的指定端口外）的各段鏈路的路徑開銷值（也稱鏈路開銷值）。這裏要特別注意的是，同一交換機上不同端口之間的路徑開銷值爲0。如果同一橋上有兩個以上的端口計算得到的累計根路徑開銷相同，那麼選擇收到發送者BID最小的那個端口作爲根端口。
在如圖8-12所示的交換網絡中，S1爲根橋，就時就需要選舉S2和S3非根橋的根端口。S2到達根橋S1有兩條路徑：一條是通過port5端口直接到達S1的port1端口，其累計根路徑開銷很容易得出，就是port5端口自身的路徑開銷值，即圖中標的是19。另一條是從port6端口出發，經過S3的port3和port4端口，到達根橋S1的port2端口，其累計根路徑開銷就是port6、port3和port4端口的路徑開銷值之和。從圖中的標註可以知道，port6端口的路徑開銷值爲也爲19，但因爲port3到port4端口在同一交換機S3上，所以路port3到port4端口的路徑開銷值爲0，port4到S1的port2端口的路徑開銷值也爲19，這樣port6端口累計根路徑開銷值就是19+0+19=38，很明顯高於port5端口的累計根路開銷值19，所以port5端口最終選舉爲S2的根端口。用同樣的方法可以得出S3橋上的根端口爲port4。
圖8-12 根端口選舉示例
3. 指定端口的選舉
“指定端口的選舉”是在每一個物理網段的不同端口之間選舉出一個指定端口。“指定端口”與前面所說的“根端口”相對，它可以理解爲離下游設備最近的端口，是本物理網段（這裏的“網段”是指一個交換機端口所連接的所有設備）中唯一可以接收下游設備數據的端口。它是依次根據以下三項條件來判定的：
（1）某網段到根橋的路徑開銷最小。
（2）接收數據時發送方（也就是鏈路對端的橋）的橋ID最小
（3）發送方端口ID最小（端口ID有16位，它是由8位端口優先級和8位端口編號組成的，其中端口優先級的取值範圍是0~240，缺省值是128，可以修改，但必須是16的倍數）。
如圖8-10所示，假定S1的MAC地址小於S2的MAC地址，則S1爲根橋。根據上面的第一項指定端口判定原則可以得出S1的端口A會成爲指定端口。在一個物理網段上擁有指定端口的設備被稱作該網段的指定橋，由此可以得出圖8-10所示的S1-S2間網段的指定橋是S1。
網絡收斂後，只有指定端口和根端口可以處於轉發狀態。其他端口都是Blocking狀態，不轉發用戶流量。根橋的所有端口都是指定端口（除根橋物理上存在環路）。
現在再來看如圖8-13所示交換網絡中指定端口的選舉。S1爲根橋，這樣很容易根據前面列出的指定端口判定條件中的第一項得出在S2-S1網段，以及S3-S1網段中的指定端口分別爲S1的port1和port2端口。而在S3-S2網段中，由於S3和S2橋到達根橋的路徑開銷均爲19，所以這裏要比較前面提到的第二項條件，即發送方的橋ID（即圖中標識的SBID）大小了。S3的port3的發送方的橋ID爲32768.000-0C12-3457，而S2的port6的發送方的橋ID爲32768.000-0C12-3458，經過比較發現S3的port3的發送方的橋ID更小，所以最終選舉爲S3-S2網段的提定端口。這樣一來就可確定port6端口爲阻塞端口了。
圖8-13 指定端口選舉示例