一、生成树背景
1.为什么产生STP协议？
产生STP的原因就是用来解决局域网中的环路或者说大点叫广播风暴。下面用图来解释：
首先假设PCA发了一个数据帧，他的流量第一次走向是这样的。
但是由于下面两点原因会造成第二次流量走向：
原因一：网桥或者说二层交换机对于其他交换机相当于是透明的，即SWA对SWB SWC来说，它不存在，SWA相当于一根线。
原因二：交换机的MAC地址表项只能一个端口对应学到一个或者多个MAC，不能一个MAC学到几个端口。端口就有点类似咱们高中学函数的时候，函数的定义是只能一对一或者一对多，但是不能多对一。不然就不叫函数叫方程了。
流量第二次走向，此时，对于SWB SWC来说，这个流量（亦即新帧数据，为什么是新的？因为SWBSWC的E1/0/2端口都没有学到）是新的流量所以更改了自己的MAC地址表项，然后再转发新的流量（新数据帧）到上面那根线路上去。记住，这里是SWBSWC第一次转发新流量（新帧）到上面线路去。
第三次流量走向是基于第一次的，回到第一张图，从SWB下来的流量，跑向两边，当它发现SWA的地址表项是基于E1/0/1学的，重点来了：
因为SWB对于SWASWC都是透明的，这个是第一次下来的流量，它只记录了自己的端口是基于SWB的E1/0/1口。其余不管的。那跑向两边的流量，对于SWC来说，它端口已经学到了PCA的MAC地址为2口，所以它放这个流量过去。而对于SWA来说，因为它这个流量要从自己的E1/0/2口出去但是没学到，而MAC地址是唯一的。（学习前提条件第四点）所以把MAC地址更新成如图三，这里又会产生新的帧数据，即新流量出来。就是如箭头旁边的数字3.
新流量3走向SWBSWC发现端口又不一致的时候，又变成了新的帧数据4从SWBSWC出来，并更新MAC地址表项。按上述分析过程（即发现流量入口和学到端口不一致时，更新MAC地址表项产生新的帧数据（流量）），如此循环往复产生流量5等等，就产生了环路。
一旦这样无限下去，势必就会导致CPU负载过重，导致整片的交换机瘫痪，造成严重损失！这时候就会需要一种先进的方法来解决这个问题。
这就是STP产生的背景！
核心分析就是，PCA的地址是唯一的，也只能被一个端口学习到，一旦发生改变，就会产生新的帧数据（流量），实际上就是流量只在线路和交换机内部流通，但是帧数据（MAC地址表项也算数据）一直再增加。导致CPU负载过重宕机。
2.STP作用
1）通过阻断冗余链路来消除桥接网络中可能存在的路径回环
2）当前路径发生故障时，激活冗余备份链路，恢复网络连通性
二、STP
1.生成树协议
1）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。
2）通过在桥之间交换BPDU（Bridge Protocol Data Unit,桥接协议数据单元），来保证设备完成生成树的计算过程。
2.配置BPDU的生成和传递
1）配置BPDU包含以下重要信息，完成生成树计算
*根桥ID（RootID）
*根路径开销（RootPathCost）
*指定桥ID（DesignatedBridgeID）
*指定端口ID（DesignatedPortID）
2)各台设备的各个端口在初始时生成以自己为根桥（Root Bridge）的配置消息，向外发送自己的配置消息。
3）网络收敛后，根桥向外发送配置BPDU，其他的设备对该配置BPDU进行转发。
3.根桥的选举
1）桥ID由桥优先级（Bridge Priority）和桥MAC地址（BridgeMacAddress）组成
2）桥ID小的桥被选举为根桥
4.端口角色的确定
1）根桥上的所有端口为指定端口（Designated Port）
2）在非根桥上选举根路径开销（RootPathCost)最小的端口为根端口（Root Port)
3）每个物理段选出根路径开销最小的桥作为指定桥（Designated Bridge），连接指定桥的端口为指定端口
4）不是根端口和指定端口的其余端口被STP置为阻塞状态
5.根路径开销
1）根路径开销（RootPathCost）是到达根的路径上所有链路开销（Cost）的代数和
2）非根桥进行根端口选举时，根路径开销最小的端口为根端口
3）物理段进行指定桥选举时，路径开销最小的桥为指定桥
6.通过桥ID决定端口角色
1）在根路径开销相同时，所连网段指定桥ID最小的端口为根端口
2）在根路径开销相同时，桥ID最小的桥被选举为物理段上的指定桥，连接指定桥的端口为指定端口。
7.通过端口ID决定端口角色
在根路径开销、指定桥ID都相同的情况下，所连指定端口ID小的端口为根端口
8.端口状态
|
端口角色 |
端口状态 |
端口行为 |
|
未启用STP功能的端口 |
Disabled |
不收发BPDU报文，接收或转发数据 |
|
非指定端口或根端口 |
Blocking |
接收但不发送BPDU，不接收或转发数据 |
|
-- |
Listening |
接收并发送BPDU，不接收或转发数据 |
|
-- |
Learning |
接收并发送BPDU，不接收或转发数据 |
|
指定端口或根端口 |
Forwarding |
接收并发送BPDU，接收并转发数据 |
9.端口状态迁移
1）端口被选为指定端口或根端口后，需要从Blocking状态经Listening和Learing才能到Forwarding状态
2）默认的Forwarding Delay时间是15秒
10.生成树的不足
1）端口从阻塞状态进入转发状态必须经历两倍的Forwarding Delay时间
2）如果网络中的拓扑结构变化频繁，网络会频繁地失去连通性
三、RSTP
1.简介
1）RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol,快速生成树协议）是STP协议的优化版
2）RSTP 具备STP的所有功能
3）RSTP可以实现快速收敛
*在某些情况下，端口进入转发状态的延时大大缩短，从而缩短了网络最终达到拓扑稳定所需要的时间。
2.RSTP的改进
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STP行为 |
RSTP行为 |
|
|
端口被选为根端口 |
默认情况下，2倍的Forwarding Delay的时间延迟。 |
存在阻塞的备份根端口情况下，仅有数毫秒延迟。 |
|
端口被选为指定端口 |
默认情况下，2倍的Forwarding Delay的时间延迟。 |
在指定端口是非边缘端口的情况下，延迟取决因素较多。 |
|
在指定端口是边缘端口的情况下，指定端口可以直接进入转发状态，没有延迟。 |
四、MSTP
1.STP/RSTP的问题
1）Trunk链路上实际上运行着多个vlan
2）所有vlan公用一棵生成树
3）无法实现不同vlan在多条Trunk链路上的负载分担
2.MSTP简介
1）MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol,多生成树协议）
2）将多个vlan捆绑到一个实例，每个实例生成独立的生成树
3）在多条Trunk链路上实现vlan级负载分担
3.三种生成树协议特性的比较
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特性列表 |
STP |
RSTP |
MSTP |
|
解决环路故障并实现冗余备份 |
Y |
Y |
Y |
|
快速收敛 |
N |
Y |
Y |
|
形成多棵生成树实现负载分担 |
N |
N |
Y |
1）MSTP具有RSTP的快速收敛，同时又具有负载分担机制
2）MSTP兼容STP和RSTP
4.三种生成树协议的端口状态对比
五、生成树协议的配置
1.STP基本配置
1）开启设备STP特性
2）关闭端口的STP特性
3）配置STP的工作模式
2.STP可选配置
1）配置当前设备的优先级
2）配置端口为边缘端口
3.STP配置示例
4.STP监控与维护
六、总结
1.STP产生的原因是为了消除路径回环的影响
2.STP通过选举根桥和阻塞冗余端口来消除环路
3.RSTP和MSTP相关工作原理
4.生成树协议配置