二层环路带来的问题：

广播风暴和MAC地址漂移

STP基本概念

桥ID

桥ID（Bridge ID，BID）

桥ID是由桥优先级和桥MAC地址构成。

每一台运行STP的交换机拥有一个唯一的BID。

桥优先级必须是4096的倍数，优先级相同，比较MAC地址。

根桥

STP的主要作用之一是在整个交换网络中计算出一科无环的“树”（STP树）。

根桥是一个STP交换网络中的“树根”。

桥ID最小的设备会被选举为根桥。

桥ID包括优先级和MAC地址

一般情况，根桥上面的端口都是指定端口

cost

开销。

接口的cost主要用于计算根路径开销，也就是到达根的开销。

接口带宽越大，则cost值越大。

RPC

根路径开销。

根桥的根路径开销是0。

Port ID

接口ID。

由接口优先级和接口编号组成。

接口优先级取值范围是0到240，步长为16,取值是16的整数倍。缺省情况下，端口优先级是128。

BPDU

网桥协议数据单元。

BPDU有两种类型：配置BPDU和TCN BPDU。

配置BPDU的报文格式：

PID：协议ID，对于STP而言，永远都是0

PVI：协议版本ID，STP是0，RSTP是2，MSTP是3

BPDU Type：本BPDU的类型，0x00，表示为配置BPDU；值为0x80，则为TCN BPDU。

Flags：标志，STP只使用了该字段的最高和最低两个比特位，最低是TC（拓扑变更）标志，最高为是TCA（拓扑变更确认）标志。

Root ID：根网桥的桥ID

RPC：根路径开销

Bridge ID：BPDU发送桥的ID

Port ID：BPDU发送网桥的接口ID（优先级+接口号）

Message Age： 消息寿命，从根网桥发出BPDU之后的秒数，每经过一个网桥都减1，本质是到达根桥的跳数，默认15。

Max Age：最大寿命，当一段时间没收到任何BPDU，网桥认为该接口连接的链路发生故障，默认为20S。

Hello Time：根网桥发送的BPDU的时间间隔，默认2S。

Forward Delay：转发延迟，在侦听和学习这两个状态停留的时间间隔，分别为15S。

STP按照以下顺序选择最优的配置BPDU：

BPDU只能由根桥发送

BPDU只能送DP口发出去

1、最小的根桥ID；

2、最小的RPC；

3、最小的桥ID；

4、最小的接口ID

STP操作：

1、选举一个根桥；

2、每个非根交换机选举一个根端口；

3、每个链路选举一个指定端口；

4、阻塞非根、非指定端口

STP选举：

根据BPDU格式来选举：

1、根桥ID

2、RPC根路径开销

3、发送者桥ID（优先级+MAC地址）

4、发送者的端口ID（端口优先级+端口编号）

RPC：根路径开销（COST值）

BID：Bridge ID（桥ID，由交换机优先级和MAC地址组成）

PID：Port-ID（端口ID，抓包看，或者接口编号）

STP状态：

STP接口从禁用或down状态进入到转发状态要经过30S（侦听15S+学习15S）。

STP接口的状态迁移

1、接口刚激活时，所有接口角色为DP指定端口，状态为阻塞状态；

2、接口被选举为根接口或指定接口，自动进入侦听状态，在侦听状态会停留15秒（转发时延）；

3、15秒过后会进入学习状态，在学习状态依然会停留15秒（转发时延）；

4、然后进入转发状态。

为什么要停留30S进入转发状态？

因为交互BPDU，选举端口角色需要时间，如果不停留此时间，当交换机泛洪广播报文，此时容易造成环路。

STP拓扑故障

直连链路故障

当某台交换机检测到根端口的链路发生故障，则其备用端口会经过30S的转发时延进入流量转发状态。

非直连链路故障

在非直连故障中，某台交换机所在的根端口链路不知道此链路发生故障，所以就收不到BPDU报文，Max Age计时器（缺省20S），就会超时。超时之后，交换机就认为自己是根桥，发送BPDU，然后就会从原来的阻塞端口变为转发端口（两倍的转发Forword Delay30S），所以非直连链路故障，收敛时间为20+30S等于50S。

根桥故障

根桥故障后，下游交换机收不到BPDU，Max Age计时器超时20S。然后下游交换机就认为自己是根桥，与其他交换机相互比较，之后，原来的阻塞端口变为转发端口，经过30S，所以根桥故障会导致50S的故障时间。

拓扑变更带来的MAC地址表错误

如果某台交换机发生故障，会改变端口角色，就会导致原来学习到MAC地址表中，所在链路的端口故障，从而导致MAC地址表的转发端口，转发不出去。但MAC地址表的老化时间是300S，时间太长。

1、那么当拓扑变更后，下游交换机感知到，会向上游发送TCN BPDU报文。（TCN拓扑变更告警）

2、 上游收到后会回应TCA置位1的配置BPDU，告知下游交换机停止发送TCN BPDU报文。

3、由其他上游设备再向根桥转发TCN BPDU报文

4、最后根桥收到TCN BPDU报文后，在15S内会不断的发送BPDU报文中的Flags的TC位置为1后发送，通知下游交换机收到后把所有MAC地址的老化时间改为15S，15S之后重新学习MAC地址。15S内不断发送，是为了让每个交换机都能统一的收到，防止有些交换机因传输距离过远导致没有收到。