一、STP協議出現背景（Spanning Tree Protocol，生成樹協議）

二層環路帶來的問題：廣播風暴；

MAC地址表的震蕩；

二、STP定義

stp是二層網絡中用于消除環路的協議，通過阻斷冗余鏈路來消除，網絡中可能存在的環路；

當前活動路徑發生故障時，激活冗余備份鏈路，恢復網絡連通性；

分析：STP會臨時阻塞冗余鏈路的端口，被阻塞的端口不能收發數據，這時，就不會形成環路。

當主鏈路DOWN，被阻塞的鏈路會被啟用，保證數據正常轉發。

思考：阻塞端口怎么選？如下圖，我們肯定希望阻塞10Mbps的。但阻塞誰，肯定有一個阻塞機制。

三、STP相關概念

BDPU：

1、定義：橋協議數據單元，用于傳遞STP協議相關報文

2、分類：

（1）配置BPDU：傳遞STP配置信息

網橋通過交互配置BPDU，獲取STP計算所需的參數；

配置BPDU基于二層組播方式發送，目 的地址：01-80-C2-00-00-00；

配置BPDU只由根橋周期性發出，發送周期為Hello Time（2秒）；

配置BPDU格式

配置BPDU老化時間為Max Age即10個hello time；

總結：配置BPDU是傳遞生成樹選舉所需信息的報文

（2）TCN BPDU：通告拓撲變更信息

注意區分：TC BPDU（根橋發出的拓撲變化信息，其他交換機收到后會將MAC地址表老化時間由300秒縮短到15秒）、

TCA BPDU（拓撲變化確認）

TCN BPDU（非根交換機發的拓撲變化通知，用于報錯使用） 兩者是屬于配置BPDU中不同的flag置位

四、STP選舉機制

BID中的優先級范圍：

根橋選舉的情況

思考1：下圖交換機，誰是根網橋

答案1：A交換機

思考2：下圖交換機的接口，誰是根端口

答案2：B的1口、C的1口

思考3：一個交換機上有多個口，到達根網橋的開銷都是相同的，選不出來根端口，怎么辦？

答案3：依據對端交換機BID小的優先級選舉根端口，則D交換機的1口為根端口

思考4：依據端口ID小的優先的情況？

答案4：E的1端口為根端口

綜上：選舉出的根端口如下圖所示：

指定端口的選舉情況

阻塞端口：

STP選舉完后，修剪的網絡拓撲，一顆沒有環路的樹

注：選舉根橋和端口角色同步進行，不分先后；

????????stp計算時間是30秒；

總結：STP橋角色：根橋、非根橋

???????????端口角色：指定端口、根端口、阻塞端口

port id：格式：優先級+端口號，小優

??????????????優先級0-240，默認128，必須是16的倍數

五、stp初始化流程---端口狀態

端口狀態

disable：禁用狀態，被手動shutdown的端口。不發送配置BPDU，不進行MAC地址學習，不收發數據。

blocking：阻塞狀態：不發送配置BPDU，不進行MAC地址學習，不收發數據。

listening：監聽狀態，發送配置BPDU，不進行MAC地址學習，不收發數據，持續15秒。

learning：學習狀態，發送配置BPDU，進行MAC地址學習，不收發數據，持續15秒。

forwarding：轉發狀態，發送配置BPDU，進行MAC地址學習，收發數據

發送延遲的過程：

從中間狀態listening經過一個延遲進入另一個中間狀態learning；

從中間狀態learning經過一個延遲進入另一個中間狀態forWording

思考：當交換機A和B之間的鏈路down，故障切換（網絡收斂）需要多長時間？

答案：需要30秒，因為上圖中雖然有很多的阻塞口，可到底啟用哪個口，就需要重新進行STP的選舉過程。

六、STP計時器

hello time：2秒，配置BPDU的發送周期

max age：20秒，判斷鏈路故障的時間，10個hello time周期

forwarding delay：15秒，狀態切換延遲

STP收斂時間總結：

（1）初次收斂時間：

30秒（15偵聽+15s學習）:存在直連檢測=本地僅存在一個阻塞端口，可以收到來自根橋的BPDU

分析：SW0上2口是阻塞口，當其上1口鏈路故障，2口只需經過30S就可以故障切換，因為它可以收到來自根橋的BPDU，所以不需要經過額外的20秒的故障檢測機制。

（2）拓撲故障再收斂時間：

若某個端口斷開，將發送次優BPDU（以本地為根）給其他鄰居交換機，其他交換機無視該數據，進行20s ?max age計時，同時阻塞接口進入15s偵聽，15s學習，故總50s

七、STP拓撲變更機制

所以：拓撲變更后，要及時通知給上行交換機

工作原理：

1.交換機檢測到拓撲變更，交換機向根網橋發起TCN BPDU；

max age超時/有接口變更為轉發狀態，判斷為拓撲發生變更

交換機上有端口從forwarding或learning狀態轉變為blocking；

2.沿途的非根橋收到TCN BPDU后，會繼續向根橋轉發，并在根橋的下一輪配置BPDU中，把TCA（TC acknowledge）位置位

3.根橋收到TCN BPDU后，在下一輪配置BPDU中，把其TC位置位；

4.所有交換機收到TC置位的BPDU后，MAC地址表老化時間由300秒縮短到15秒

八、缺點

拓撲變更不靈活，主機頻繁上下線，網絡會產生大量TCN，導致網卡；

收斂時間長：拓撲層次越多，收斂時間越長，一個端口從blocking到forwarding至少需要30秒；

??????????????????????故障切換時間太長；

九、鏈路開銷標準：

鏈路速率：100Mbps\1000Mbps\10Gbps

標椎：802.1D-1998

???????????802.1t（華為標準）

???????????私有標準（華三交換機私有）

十、STP實驗