STP介绍
STP的主要任务是阻止在第二层网络(网桥或交换机)上产生网络环路(通过将特定的端口选为 Blocking state),来实现无环的拓扑 ;
STP交换机之间使用Trunk连接 ;
Cisco Catalyst交换机默认开启pvst；所有接口默认启用STP.
STP采用生成树算法(STA)，它首先创建一个拓扑数据库，然后搜索并破坏掉冗余的链路.
STP协议：
1.CST(公有协议) 不支持单Vlan(stp进程) ;
2.PVST(思科私有协议) 支持64个Vlan实例 ;
3.PVST+(思科增强的私有协议) 支持128个实例,支持扩展系统ID.
STP的操作
STP将一个环形网络生成无环拓扑的步骤：
1.每个广播域选择一个根桥(Root Bridge)
2.每个非根桥上选择一个根端口(Root Ports)
3.每个网段(链路)选择一个指定端口(Designated Ports)
4.阻塞非指定端口(NDP)
*网桥是交换机的前身，由于STP是在网桥基础上开发的，因此现在在交换机中仍然沿用网桥这一术语
1,每个STP域(广播域)内选举一台Root Bridge(根交换机/根桥)
最初广播域中的每台交换机都会认为自己是Root Bridge，并向其他所有交换机发送BPDU(每个BPDU都包含一个BID)，所有参与 STP 的交换机互相交换 BPDU 帧，以确定网络中哪台交换机的BID最小。选出Root Bridge之后,只有Root Bridge可以周期性地发送BPDU,所有NRoot Bridge(非根桥)停止发送BPDU. BPDU组播地址：01-80-C2-00-00-00
在根桥上，不会有被阻塞的接口
选择根网桥依据:
BID(桥ID)最小的交换机为根桥(Root Bridge);
*BID：(网桥ID号)
BID是由 桥优先级+网桥mac地址 的组合来决定的；
优先级出厂时都是一样的，都是32768，范围0~65535；但是mac地址必然不同
先比较优先级,优先级小的直接选为根桥
如果优先级相同，则选取MAC地址最小的为根桥
用 show spanning-tree 可以查看优先级
启用系统扩展ID：
(config)#spanning-tree extend system-id //低端交换机默认开启;高端交换机需要手动开启
//启用扩展系统ID，以支持1024 个MAC 地址
校验是否启用系统扩展ID:
Switch# show spanning-tree summary | include Extended Extended system ID is enabled.
手工配置vlan10 桥优先级
(config)#spanning-tree vlan 10 priority 8192 //只能改为4096的整数倍
手动设置为Vlan10的主根桥
(config)#spanning-tree vlan 10 root primary
手动设置为Vlan10的次根桥
(config)#spanning-tree vlan 10 root secondary
*改变默认优先级是选举根桥的最佳方式
*将优先级设置为0意味着该交换机将始终是根桥
*每个VLAN都可以有不同的根桥，通过改变交换机vlan的默认优先级，以迫使交换机成为STP网络中的根桥
*对于网络中的每个VLAN，如果你想将某台交换机设置为根桥，那么必须改动每个VLAN的优先级
*PVST+可以控制每个Vlan流量的走向，将不同的VLan流量分担到不同路径，既实现了负载均衡，又通过STP避免了环路
选择根桥举例
2,在所有 非根桥 上选举一个唯一的Root Port(根端口)
除了根桥外，其他所有的交换机都是 非根桥(NRoot Bridge)；
根端口是指 直连到根桥的链路 所在的端口，或者到根桥的路径最短的端口；
如果有多条链路连接到根桥，就检查每条链路的 端口开销(由链路带宽来决定)，开销最低的链路所在的端口就成为根端口；
如果多条链路的开销相同，就使用 (除根桥外)BID最小的那台交换机 上的链路端口作为根端口。
如果多条链路来自同一台设备，就使用 端口号 最小的端口作为根端口。
*端口号：(端口ID)
选择根端口的依据
根路径成本(端口/路径开销)最低
直连网桥的BID最小
直连网桥的端口号(Port ID)最小
选择根端口举例
配置端口开销(Cost)
(config)#interface gigabitethernet 0/4
(config-if)#spanning-tree cost 40
重置端口开销(Cost)
(config)#interface gigabitethernet 0/4
(config-if)#no spanning-tree cost
配置端口优先级(包含在port id中)
(config)# interface gigabitethernet 0/4 (config-if)# spanning-tree port-priority 160 //能被16整除
3,选完 根端口 之后，在 每两台交换机之间 的 每条链路两端 选举一个指定端口(Designated port)
---在那条链路上的端口提供到根桥最大的带宽
在每个 链路 上，选择一个指定端口(有最低开销的端口就是指定端口)
★根桥上的每个端口都是指定端口
RP(根端口)对端一定是DP(指定端口);DP对端可能是RP，也可能是NDP(非指定端口)
第一步,比较链路两端的发送者(出站方向)的Cost of path(路径成本)值，谁小谁就是DP
第二步,比较链路两端的发送者(出站方向)BID，谁小谁就是DP
第三步,(除非交换机自己连自己，否则不采用)比较链路两端的发送者(出站方向)的Port-ID，谁小谁就是DP
*NDP,非指定端口将被置为阻塞状态。
*转发端口(Forwarding port)指能够转发帧的端口。
*阻塞端口(Blocked port)是指不能转发帧的端口，这样做是为了防止产生环路。但被阻塞的端口将始终监听帧。
选择指定端口的依据
根路径成本最低
端口所在交换机的BID值最小
端口号最小
选择指定端口举例
STP端口状态
对于运行STP的网桥或交换机来说，其端口状态会在下列5种状态之间转变：
阻塞(Blocking) 被阻塞的端口将不能转发帧，它只监听BPDU。设置阻塞状态的意图是防止使用有环路的路径。当交换机加电时，默认情况下所有的端口都处于阻塞状态。
侦听(Listening) 端口都侦听BPDU，以确信在传送数据帧之前，在网络上没有环路产生。处在侦听状态的端口，在没有形成MAC地址表时，就准备转发数据帧。
学习(Learning) 交换机端口侦听BPDU，并学习交换式网络中的所有路径。处在学习状态的端口形成了MAC地址表，但不能转发数据帧。转发延迟意味着将端口从侦听状态转换到学习状态所花费的时间，默认时设置为15秒，可以用命令show spanning-tree显示出来。
转发(Forwarding) 在桥接的端口上，处在转发状态的端口发送并接收所有的数据帧。如果在学习状态结束时，端口仍然是指定端口或根端口，它就进入转发状态。
禁用(Disabled) 从管理上讲，处于禁用状态的端口不能参与帧的转发或形成STP。处于禁用状态下，端口实质上是不工作的。
说明：只有在学习状态或转发状态下，交换机才能填写MAC地址表;
被阻塞的端口仍然能接收BPDU，它们只是不能发送任何帧。
STP收敛
当网桥或交换机上的所有端口都转变到转发或阻塞状态时，就产生了收敛;
在收敛完成之前，交换机不能转发任何数据。在重新转发数据之前，所有的设备都必须更新;
交换机开机需要等待30秒时间开始转发数据;
从阻塞状态转变到转发状态通常要花50秒.
端口快速(Port Fast)
跳过STP计算，直接进行转发，通常用于交换机直连(接入层)工作站/PC/服务器(如果连接交换机则会造成环路);
Access口和Trunk口都可以配置PortFast功能；
只能在接入层的交换机上配置此命令，用户是直接连接到接入层交换机的，在核心交换机上，不能配置此命令。
BPDU防护
在开启ProtFast和BPDU防护的接口上，如果检测到该端口连接的是交换机，则该端口会被Shutdown(为了防止环路);
BPDU防护只对配置了PortFast的端口起作用;
某端口配置Portfast和BPDU防护：
(config)#interface fastEthernet 0/1 (config-if)#spanning-tree portfast (config-if)#spanning-tree bpduguard enable
在全局非Trunk口上启用Portfast,并为所有支持Portfast的端口启用BPDU防护
(config)#spanning-tree portfast (config)#spanning-tree bpduguard default
相关命令：
手动启用生成树：
(config)#spanning-tree mode pvst
启用某VlanSTP：
(config)#spanning-tree vlan 10
关闭某Vlan的STP:
(config)#no spanning-tree vlan 10
端口单独配置Vlan开销（Cost）:
(config)#interface gigabitethernet 0/4 (config-if)#spanning-tree vlan 10 cost 40
查看VlanSTP信息 :
Show spanning-tree vlan 10
检验端口和路径开销 :
Show spanning-tree active
STP要记住六点：
1.根桥负责维护网络拓扑，根桥的所有端口都是指定端口
2.选择根端口和制定端口的BPDU帧总是从根桥的所有端口向外发
3.选举指定端口，站在链路上比较所有端口发送的BPDU
4.选举根端口，站在桥上比较所有端口接收的BPDU(接收的BPDU+本接收端口线路带宽的cost)
5.交换机接收BPDU时开销值增加，发送BPDU时开销值不变
6.选举过程：选举根桥——>根端口——>指定端口——>其余为阻塞端口