生成树
冗余拓扑的问题：
-广播风暴
交换机泛洪广播帧和未知帧
-重复帧接受
交换机泛洪广播帧和未知帧
-MAC地址的振荡
学习MAC地址的原则
STP生成树协议：spanning-tree protocol（802.1D）
作用：防环备份
原理：在冗余网络中，逻辑上阻塞某些端口，使的任意两个终端之间的通信都是唯一路径；
当收敛后的网络再次发生变换，重新激活被阻塞的端口，使得网络通信恢复正常，到达备份的效果
术语：
桥ID：标示交换机在生成树网络中的唯一性
组成：桥优先级+MAC地址（交换机本身的MAC地址）
桥优先级：标示交换机的优先权限，用于选举根桥
范围0-65535，默认32768，步长 1，2Bytes
根桥：ROOT，负责整个网络中的数据通信
网络中优先级最高的交换机
根路径开销：到根桥的最短路径开销。
指定桥ID：由指定桥的优先级和MAC地址组成。
指定端口ID：由指定端口的优先级和端口号组成。
Message Age：配置BPDU在网络中传播的生存期。
Max Age：配置BPDU在设备中能够保存的最大生存期。
Hello Time：配置BPDU发送的周期。
Forward Delay：端口状态迁移的延时。
BPDU：桥协议数据单元
内容：包含STP收敛所需要的所有参数
包含自身的生命周期，定期更新的时间以及老化时间
作用：用来选举ROOT, RP, DP等
种类：
配置BPDU：周期性发送，2S，最大存活时间20S；用来完成STP的收敛和后期状态的维护
TCN BPDU：当拓扑发生变化时发送（桥主动发送该BPDU通知网络中的设备，链路发生变化）
*在802.1D中，只有根桥才有资格定期发送配置BPDU，并且，根桥发送的BPDU才是最优的！
Cost：花费，接口到达根所花的代价
10M~100; 100M~19; 1000M~4; 10G~2
根端口：root Port （RP）
非根桥上，到达根桥的cost值最小的端口
负责接受由根桥发送的数据和BPDU
指定端口：design Port (DP))
链路上 到达根桥的cost值最小的端口
负责转发ROOT发送的数据和BGDU
端口ID：在交换机上，用来唯一的标识不同的端口
组成：端口优先级+端口编号
端口优先级：1Byte，范围0-255，
STP的选举流程：
1、在一个交换网络中选举一个根桥，根桥是设备的概念。默认情况下所有设备都是根桥，通过交互BPDU包优选BID小的成为根桥，在STP中根桥选举后只会由根桥每隔2秒发送一次BPDU包，其它的非根桥接收后转发。
2、根桥选举后，交换网络中的其它设备都是非根桥，每个非根桥还需要选举一个到达根桥最短路径的端口成为根端口。注：非根桥只能有一个根端口
3、每条链路上还需要选举一个指定端口，默认情况下根桥的所有端口都是指定端口
4、既不是根端口也不是指定端口的其它端口需要被阻塞，不能转发数据帧。
所有配置了STP协议的交换机都会发送BPDU（桥协议数据单元）报文，通过交互BPDU报文选举设备角色和端口角色。
PDU有两种类型：配置BPDU和TCN BPDU。
配置BPDU包含了桥ID、路径开销和端口ID等参数。STP协议通过在交换机之间传递配置BPDU来选举根交换机,以及确定每个交换机端口的角色和状态。
BPDU：在初始化过程中，每个桥都主动发送配置BPDU。在网络拓扑稳定以后，只有根桥主动发送配置BPDU，其他交换机在收到上游传来的配置BPDU后，才会发送自己的配置BPDU。
TCN BPDU是指下游交换机感知到拓扑发生变化时向上游发送的拓扑变化通知。
STP协议中包含一些重要的时间参数，这里举例说明如下：
Hello Time是指运行STP协议的设备发送配置BPDU的时间间隔，用于检测链路是否存在故障。交换机每隔Hello Time时间会向周围的交换机发送配置BPDU报文，以确认链路是否存在故障。当网络拓扑稳定后，该值只有在根桥上修改才有效。
Message Age:如果配置BPDU是根桥发出的，则Message Age为0。否则，Message Age是从根桥发送到当前桥接收到BPDU的总时间，包括传输延时等。实际实现中，配置BPDU报文每经过一个交换机，Message Age增加1。
Max Age是指BPDU报文的老化时间，可在根桥上通过命令人为改动这个值。Max Age通过配置BPDU报文的传递，可以保证Max Age在整网中一致。非根桥设备收到配置BPDU报文后，会将报文中的Message Age和Max Age进行比较：如果Message Age小于等于Max Age，则该非根桥设备会继续转发配置BPDU报文。如果Message Age大于Max Age，则该配置BPDU报文将被老化掉。该非根桥设备将直接丢弃该配置BPDU，并认为是网络直径过大，导致了根桥连接失败。
设备角色：根桥、非根桥
端口角色：根端口、指定端口、替代端口
根桥的选举：
通过比较BID（桥ID）选举，优选BID小的。BID参数由两部分组成:优先级（默认值为32768）+MAC地址（交换机的背板MAC地址）。
1、比较优先级，优先级越小越优。
2、如果优先级一样，比较MAC地址，MAC地址越小越优。
BPDU包的作用：1、用于STP的选举 2、维护STP的状态 3、通告拓扑改变，刷新MAC地址表
STP中根桥的选举依据的是桥ID，STP中的每个交换机都会有一个桥ID(Bridge ID) 。桥ID由16位的桥优先级（Bridge Priority）和48位的MAC地址构成。在STP网络中，桥优先级是可以配置的，取值范围是0～65535，默认值为32768。优先级最高的设备（桥ID最小）会被选举为根桥。如果优先级相同，则会比较MAC地址，MAC地址越小则越优先。
交换机启动后就自动开始进行生成树收敛计算。默认情况下，所有交换机启动时都认为自己是根桥，自己的所有端口都为指定端口，这样BPDU报文就可以通过所有端口转发。对端交换机收到BPDU报文后，会比较BPDU中的根桥ID和自己的桥ID。如果收到的BPDU报文中的桥ID优先级低，接收交换机会继续通告自己的配置BPDU报文给邻居交换机。如果收到的BPDU报文中的桥ID优先级高，则交换机会修改自己的BPDU报文的根桥ID字段，宣告新的根桥。
根端口的选举：
RPC（root path cost）：RPC是BPDU包中一个参数，用于标识发送BPDU包的交换机自己到达根桥的距离。
本地端口的RPC（通过端口到达根桥的距离）=本端口的PC+接收到的BPDU包中通告的RPC
STP端口角色的选举过程
1、比较RID（根桥ID），优选小的。
2、比较到达根桥的RPC（root path cost）,越小越优。
3、比较BPDU包发送者的BID，越小越优。
4、比较BPDU包发送者的PID(port id(端口ID)，端口ID由两部分组成=端口优先级（默认为128，可以配置，配置时必须为16的整数倍）+端口ID)，越小越优。
5、比较BPDU包接收者的PID,越小越优。
STP中有几种端口角色： 根端口（RP）、指定端口（DP）、替代端口（AP）
STP中有几种端口状态：Disable(禁用)、Listening(监听)、Learning(学习)、Forwarding（转发）、Blocking(阻塞)
端口状态：
Disable(禁用)：端口shutdown,端口UP后会从disable过渡到listening状态。
Listening(监听)：在该状态下可以发送和接收BPDU包，但是不能转发数据帧，用于选举设备角色和端口角色。该状态会维持一个forward delay（15S）的时间。超时后会过渡到learning状态。
Learning(学习)：在该状态下可以发送和接收BPDU包，可以接收数据帧但是不能转发，同时学习原MAC地址构建MAC地址表。该状态会维持一个forward delay（15S）的时间。超时后会过渡到forwarding状态。
Forwarding（转发）：在该状态下可以发送和接收BPDU包，同时可以接收和转发数据帧。
Blocking(阻塞)：在该状态下可以接收BPDU包，但是不能发送BPDU包和数据帧。
本文转自 towardly 51CTO博客，原文链接:http://blog.51cto.com/brighttime/1953936
