簡介
爲了提高網絡可靠性，交換網絡中通常會使用冗餘鏈路。然而，冗餘鏈路會給交換網絡帶來環路風險，並導致廣播風暴以及MAC地址表不穩定,重複幀拷貝等問題，進而會影響到用戶的通信質量。生成樹協議STP（Spanning Tree Protocol）可以在提高可靠性的同時又能避免環路帶來的各種問題。
STP (Spanning Tree Protocol)生成樹協議用於解決在二層交換網絡中由於部署冗餘鏈路而造成的轉發環路問題。在二層網絡中,一旦出現轉發環路就會造成數據頓在環路內不斷的循環和增生,產生廣播風暴導致網絡癱瘓。在這種場景下生成樹協議應運而生,生成樹協議是一種二層管理協議,它通過有選擇性地阻塞網絡冗餘鏈路來達到解決二層轉發環路的目的,同時具備鏈路的備份功能。生成樹協議和其他協議一樣,也是隨着網絡的不斷髮展在不斷更新換代。最初被廣泛應用的是IEEE802.1D-198STP (Spanning Tre protocol,樹議),並 此爲基礎產生了2.0版本和3.0版本,分別是IEEE 802.1w RSTP (Rapid Spanning Tkee protocol,快速生成樹協議)和IEEE802.1s MST (Multiple Spanning Tree Protocol, 生成樹協議)。
通常情況下STP需要調整匯聚交換機成爲根設備和備份根設備，在需要的位置實施邊緣端口和BPDU保護。華爲設備上通用生成樹不能實現每VLAN實例(除非VBST)，如果要實現基於特定VLAN的流量負載，需要多實例生成樹MSTP
網絡冗餘引起的問題
環路會引起廣播風暴。
網絡中的主機會收到重複數據幀。
環路會引起MAC地址表震盪。
STP作用
STP通過阻塞端口來消除環路，並能夠實現鏈路備份的目的
STP操作
①、端口角色
1.選舉一個根橋，剩餘的爲非根橋
2.每個非根交換機選舉一個 根端口。
3.每個網段選舉一個指定端口。
4.阻塞非根、非指定端口。
3個有且只有一個：
1）一個網絡有且只有一個根交換機 。根交換機所有接口一般都是指定端口
2）一個非根交換機有且只有一個根端口
3）每個鏈路有且只有一個指定端口，Design Port（DP）
4）其他（N個）都是備份端口AP，（Alternative Port）
每一臺交換機啓動STP後，都認爲自己是根橋
非根交換機在選舉根端口時分別依據該端口的根路徑開銷、對端BID、對端PID和本端PID
非根交換機在選舉指定端口時分別依據根路徑開銷、BID、PID
未被選舉爲根端口或指定端口的端口爲預備端口，將會被阻塞
-
root橋選舉：橋id(bridge id)，優先級默認爲32768，只能是4096的倍數+背板mac(非接口mac)。數值越小越優先
系統視圖stp mode stp
系統視圖stp root primary或者stp priority 0
系統視圖dis stp brief -
RPC(root path cost)：根路徑開銷
接口視圖下stp cost 2000
②、端口狀態
1 端口初始化或使能;
2 端口被選爲根端口或指定端口。
3 端口不再是根端口或指定端口。
4 forward delay計時器超時。
5 端口禁用或鏈路失效。
STP是否允許端口VLAN流量通過是關鍵
BPDU
BPDU包含橋ID、路徑開銷、端口ID、計時器等參數，只有根設備可以發送
RST BPDU
STP的配置BPDU中Flag字段的中間6位在RSTP中得到了應用
| 字段內容 | 說明 |
|---|---|
| Protocol | Identifier 協議ID＝“0” |
| Protocol Version Identifier | 協議版本標識符，STP爲0，RSTP爲2，MSTP爲3。 |
| BPDU Type | BPDU類型，MSTP爲0x02。
|
| Flags | 對於“標記域”（Flags），第一個bit（左邊、高位bit）表示“TCA（拓撲改變響應）”，最後一個bit（右邊、低位bit）表示“TC（拓撲改變）”。 |
| Root Identifier | 網橋ID都是8個字節——前兩個字節是網橋優先級，後6個字節是網橋MAC地址。 |
| Root Path Cost | 根路徑開銷，本端口累計到根橋的開銷。 |
| Bridge Identifier | 發送者BID，本交換機的BID。 |
| Port Identifier | 發送端口PID，發送該BPDU的端口ID。 |
| Message Age | 該BPDU的消息年齡。 |
| Max Age | 消息老化年齡。 |
| Hello Time | 發送兩個相鄰BPDU間的時間間隔。 |
| Forward Delay | 控制Listening和Learning狀態的持續時間。 |
配置BPDU報文每經過一個交換機，Message Age都加1。
如果Message Age大於Max Age，非根橋會丟棄該配置BPDU
RSTP
STP的改進
STP網絡中, STP樹的完全收斂需要依賴定時器的計時,端口狀態從Blocking遷移到Forwarding至少需要兩倍Forward Delay的時間長度,總的收斂時間太長,一般需要幾十秒的時間，如果STP網絡的拓撲結構頻繁變化，網絡也會頻繁失去連通性，從而導致用戶通信頻繁中斷。爲了彌補STP慢收斂的缺陷, IEEE 802.1w定義了RSTP (Rapid SpanningTree Protocol). RSPT在STP的基礎上進行了許多改進,使得收紋時間大大減少,一般只需要幾秒鐘的時間,在現實網絡中, STP兒乎已經停止使用,取而代之的是RSTP.
樹的數量沒有發生變化，最顯著的是收斂速度快，BPDU發生了變化
下面我們簡單介紹一下RSTP改進點中的兩個1, 3種端口狀態
改進：
AP到到RP立即forwarding
詳細內容參見：
HCNA網絡技術學習指南-第4章，PPT，實戰案例紅寶書-案例13