STP协议概念

IEEE 802.1d STP（生成树协议，Spanning-Tree Protocol）协议：
①使冗余端口置于“阻塞状态”
②网络中的计算机在通信时，只有一条链路生效
③当这个链路出现故障时，将处于“阻塞状态”的端口重新打开，从而确保网络连接稳定可靠

生成树

生成树：在一个二层交换网络中，生成一棵树型结构，逻辑的阻塞部分接口，使得从根到所有的节点仅存在唯一的路径；当最佳路径故障时，自动打开部分阻塞端口，来实现线路备份的作用；
生成树在生成过程中，应该尽量的生成一棵星型结构，且最短路径树；

存在算法： 802.1D PVST PVST+(CISCO) RSTP(802.1w) MSTP(802.1S)

为什么要用STP

为了提高网络可靠性，交换网络中通常会使用冗余链路。然而，冗余链路会给交换网络带来环路风险，并导致广播风暴以及MAC地址表不稳定等问题，进而会影响到用户的通信质量。生成树协议STP（Spanning Tree Protocol）可以在提高可靠性的同时又能避免环路带来的各种问题。

为了提高网络可靠性，交换网络中通常会使用冗余链路。然而，冗余链路会给交换网络带来风险
1、 广播风暴
2、 MAC地址表翻滚 —在一台交换机上，同一个MAC地址只能映射唯一的接口；但同一个接口可以映射多个不同的MAC地址；
3、 同一数据帧的重复拷贝
4、 以上3个条件最终导致设备工作过载，导致重启保护

Stp通过阻塞端口来消除环路，并能够实现链路备份目的，消除了广播风暴，物理链路冗余，网络变成了层次化结构的网络
从根网桥到所有的节点实现唯一且尽量最短路径;其他的路径上会有备份的接口被逻辑的阻塞，不转发任何数据流量;当最佳路径故障时，部分的阻塞接口被启用，来恢复通讯;

STP名词解释

根网桥

根网桥 – 在一棵生成树实例中，有且仅有一台交换机为root；
BPDU中的 桥ID来决定
桥ID= 网桥优先级（0-65535公有） 默认32768 + MAC地址（只有存在svi接口的交换机才拥有mac地址，若存在多个mac选数值最小）
根网桥的选举 先比较优先级，小优； 若优先级相同，比较mac，数值小优；

根端口

根端口—在每台非根网桥上，有且仅有一个接口；本地离根网桥最近的接口（最短、星型），接收来自根网桥的BPDU，转发用户的流量（该接口不阻塞）

规则：
1、比较从根网桥发出后，通过该接口进入时最小的cost值；
2、入向cost值相同，比较该接口对端设备的BID，小优
3、对端BID也相同，比较该接口对端设备的接口的PID；先优先级小，若优先级一致，编号小
4、连对端PID也相同，比较本地PID，小优；
PID=端口ID 接口优先级（0-240，步长16，默认128） 接口编号

指定端口

指定端口，在每一段存在STP的物理链路上，有且仅有一个；转发来自根网桥的BPDU，同时可以转发用户流量（不阻塞）；默认根网桥上所有接口为指定端口；
1、比较从根网桥发出后，通过该接口进入这段链路时的cost值最小（出向）
2、若出向cost值相同，必须本地的BID，小优；
3、本地BID相同，比较本地的PID；
4、本地PID，相同，直接阻塞该端口；

非指定端口

非指定端口（阻塞端口）当以上所有角色全部选举完成后，剩余没有任何角色的接口为非指定；
该接口逻辑阻塞，实际可以接收到信息，但不转发；

STP的版本

802.1D

接口状态：
down：没有BPDU收发，一旦可以进行BPDU收发进入下一状态
侦听：强制15s；所有交换机进行BPDU收发，选举所有角色；接口角色为非指定端口直接进入阻塞状态；
若为指定端口和根端口进入下一状态；
学习：强制15s； 指定端口和根端口学习所有接口连接设备的MAC地址，生成MAC表；之后进入下一状
态；
转发：指端端口和根端口进入，可以转发用户报文；
阻塞：逻辑阻塞；
注：只有到接口进入到转发状态后，才能为用户转发数据报文，之前的30s不能转发任何数据；
收敛时间：
初次收敛—30s = 15侦听+15s学习
结构变化：
存在直连检测：本地存在阻塞端口，若其他端口断开，该阻塞端口马上进入15是侦听（选举）；结果若为
启用，那么将再进入15s学习—总30s
没有直连检测：本地不存在阻塞端口，若某个端口断开，将发送次优BPDU（以本地为根）给其他邻居交换机，其他交换机无视该数据，进行20s hold time计时，到时时阻塞接口进入15s侦听，15s学习=总50s

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802.1D 缺点：

1、收敛慢
2、链路利用率低

PVST

PVST cisco私有 基于vlan的生成树协议
在每个vlan内，存在一棵树，每个树的工作原理同802.1d一致；不同vlan的BPDU区别在于优先级；
优先级=4096倍数+vlan id 人为仅可修改4096倍数备份，且只能修改为4096的整倍
仅支持 trunk干道封装为ISL（cisco私有封装）

PVST +

PVST + 在PVST的基础，兼容802.1q的trunk封装；且设计了部分的加速；
端口加速（进入层连接用户的接口） 上行链路加速-针对直连检测 骨干加速—针对次优BPDU
上行链路加速仅在接入层设备上配置，因为配置后，该交换机将自动加大本地的网桥优先级；
在直连检测条件下阻塞接口将跳过30s，直接进入转发状态–上行链路加速
骨干加速所有交换机均可配置，针对接收到次优BPDU的阻塞端口可以跳过20s的hold time；
缺点：1、收敛慢（加速不彻底） 2、树多（仅cisco存在单独的芯片，友商无法负荷）

快速生成树

公有RSTP（802.1w,整个交换网络一棵树是802.1d的升级

快速的原理：
1、取消了计时器，而是在一个状态工作完成后，直接进入下一状态；
2、分段式同步，两台设备间逐级收敛；使用请求和同意标记；依赖标记位的第1和第6位
3、BPDU的保活为6s；hello time 2s；
4、将端口加速（边缘接口）、上行链路加速、骨干加速集成了
5、兼容802.1d和PVST，但802.1d和PVST没有使用标记位中的第1-6位，故不能快速收敛；因此如果网络中有一台设备不支持快速收敛，那么其他开启快速收敛的设备也不能快速；
当tcn消息出现时，不需要等待根网桥的BPDU，就可以刷新本地的cam表；

切记:接口默认为半双工时，即便允许RSTP，依然基于慢速的802.1D算法来收敛；