STP

STP生成树

背景

网络设计之初，添加冗余链路来提高网络的安全性。当网络中某条链路出现问题时，整个网络仍可通信。

冗余链路在提高网络可靠性的同时形成了网络环路

网络环路带来的问题

广播风暴

数据帧在网络中无限转发，大量消耗网络资源，使网络无法正常转发其他数据帧。

主机收到重复的广播帧

交换机的mac地址表震荡，漂移

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生成树协议STP

STP（Spanning Tree Protocol）生成树协议，是用于在局域网中消除数据链路层物理环路的协议。

通过在桥之间交换BPDU（Birdge Protocol Data Unit，桥协议数据单元），来保证生成树的计算过程

作用

• 通过阻断冗余链路来消除桥接网络中可能存在的环路
• 当前路径发生故障时，激活冗余备份链路，恢复网络连通性
• 交换机使用生成树协议可以在提高网络稳定性的同时又比免网络环路带来的各种问题

核心思想

• 不论交换机之间采用怎样的物理连接，交换机都能够自动计算并构建一个逻辑上没有环路的网络，其逻辑拓扑结构必须是树型的（无逻辑环路）
• 最终生成的树形逻辑拓扑要确保连通整个网络的每一个部分。
• 当首次启动交换机或交换机的物理拓扑发生变化时（可能是人为改变或者故障），交换机都会进行生成树的重新计算

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生成树算法STA

生成树算法（Spanning Tree Algorithm）是生成树协议的核心。它的实现目标是在包含有物理环路的网络中，构建出一个能够连通全网各个节点的无环逻辑拓扑

生成树算法的三个步骤：

• 选举根交换机
• 选举根端口
• 选举指定端口并阻塞备用端口

选举是通过网络各交换机之间相互发送生成树协议专用的数据帧BPDU(桥协议数据单元)实现的

选举根交换机

在网络中的所有交换机中选出一个根交换机，其余的则为非根交换机

选举条件：网桥ID（BID）最小者当选

网桥ID由两部分组成：

• 优先级 0-61440，步长4096，默认32768
• 交换机基本mac地址

网桥ID（BID）比较方法：

• 优先级取值越小，桥ID越小
• 若优先级相同，则比较mac地址。从mac地址左边开始比较，数值小的，则网桥ID越小

选举根端口

在非根交换机选举根端口

根端口RP用来接收根交换机发送的BPDU，也用来转发普通流量

在每个非根交换机上选出一个根端口RP(RootProt),并且只能是一个

选举条件：

• BPDU接收端口到根交换机的路径成本最小

• 链路带宽	成本值
  4Mb/s	250
  10Mb/s	100
  16Mb/s	62
  100Mb/s	19
  1Gb/s	4
  10Gb/s	2

• 对端网桥ID最小

• 对端端口的端口ID（PID）最小

  • 优先级0-240，步长16，默认128
  • 端口号

选举指定端口，阻塞备用端口

在每个网段上选出一个指定端口DP(Designated Port)并且只能是一个

指定端口DP用来转发跟交换机发送到BPDU,也用来转发普通流量

选举条件：

• 根交换机的所有端口都是指定端口
• 根端口的对端(与根端口相连的)一定是指定端口
• BPDU转发端口到根交换机的路径成本最小
• 本端网桥ID（BID）最小

剩余端口为备用端口AP(AlternatePort),将它们阻塞

生成树的不足

• 端口从阻塞进入转发状态必须经历两倍的时间
• 如果网络中的拓扑结构变化频繁，网络会频繁的失去连通性