组网技术 | STP（生成树协议）

STP（生成树协议）

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产生背景

为了增加局域网的冗余性，我们常常会在网络中引入冗余链路，然而这样却会引起交换 环路。交换环路会带来三个问题：广播风

暴、同一帧的多个拷贝、交换机 CAM 表不稳定。

交换机工作原理：根据MAC地址表转发数据帧，如果地址未知，则广播。如果交换机接收到广播帧也会向所有端口发送。

广播风暴：当网络中存在物理环路，会产生广播风暴。广播风暴最终会导致网络资源耗尽，交换机死机。

STP工作流程

选举一个根网桥

在每一个非根网桥选举一个根端口

在每一个网段上选一个指定端口

阻塞非根网桥、非指定端口

选举一个根网桥

交换机通电启动后，还不知道网络中有没有别人，所以认为自己是根桥，并把这个消息通过BPDU通告出去，

每台交换机也会受到来自其他交换机的BPDU，比较一个BID就可以选举出根桥。

在每一个非根网桥选举一个根端口

根桥选出后，其他交换机都可以叫指定桥。指定桥不再主动发出BPDU，只会转发根桥的BPDU。根桥每间隔Hello Time（默认2秒）时间周期性发出BPDU。

根端口（Root Port RP）是指除了根桥交换机外的交换机去往根桥交换的最优的端口。

（根桥无根端口，非根桥交换机只有一个根端口）

选举时需要比较谁的RPC（Root Path Cost）最小

如图，SWB上两个端口中，E0/1端口到Root的RPC为10，E0/2的RPC为50，所以E0/1为根端口

同理，SWC的E0/1也为RP。

如果开销相同的话，则比较给你发BPDU的交换机的桥ID谁更优

如果桥ID还一样的话，比较发送BPDU的交换机（对端交换机）Port-ID,越小越优先。Port-ID=端口优先级+端口

在每一个网段上选一个指定端口

指在每两台交换机之间选择一个指定端口（DP）

选择指定端口（DP）的步骤：根网桥的上的端口全部为指定端口

非根桥上的指定端口，选择顺序：

• 根路径成本较低（对比端口到根路径的成本）
• 所在的交换机的网桥ID的值最小
• 端口ID的值较小

阻塞非根网桥、非指定端口

交换机上什么都没被选上的端口被阻塞，起到了备份的作用。一旦阻塞，环路从逻辑上被断开了，避免广播风暴的产生，其它链路有故障时，这个接口自动激活。

桥ID（Bridge ID）

包括网桥优先级和MAC地址

优先级的取值范围：0-65535 默认值是32768，且取值必须为4096的整数倍

首先判断桥ID，优先级小的成为跟网桥，如果优先级相等则比MAC地址

根桥ID （Root Bridge ID ）

根路径开销（Root Path Cost）

PVST+（Per Vlan STP）

对于802.1D，所有vlan都用一个生成树，当网络上有多个 VLAN 时，PVST(Per Vlan STP)会为每个 VLAN 构建一棵 STP 树.

好处是可以独立地为每个 VLAN 控制哪些接口要转发数据，从而实现负载平衡。

缺点是如果 VLAN 数量很多，会给交换机带来沉重的负担。

Cisco 交换机默认的模式就是 PVST。

MAC地址缩减方案：将优先级分成两个部分，一个表示优先级，一个sysID表示所处的vlan