一、STP协议出现背景（Spanning Tree Protocol，生成树协议）

二层环路带来的问题：广播风暴；

MAC地址表的震荡；

二、STP定义

stp是二层网络中用于消除环路的协议，通过阻断冗余链路来消除，网络中可能存在的环路；

当前活动路径发生故障时，激活冗余备份链路，恢复网络连通性；

分析：STP会临时阻塞冗余链路的端口，被阻塞的端口不能收发数据，这时，就不会形成环路。

当主链路DOWN，被阻塞的链路会被启用，保证数据正常转发。

思考：阻塞端口怎么选？如下图，我们肯定希望阻塞10Mbps的。但阻塞谁，肯定有一个阻塞机制。

三、STP相关概念

BDPU：

1、定义：桥协议数据单元，用于传递STP协议相关报文

2、分类：

（1）配置BPDU：传递STP配置信息

网桥通过交互配置BPDU，获取STP计算所需的参数；

配置BPDU基于二层组播方式发送，目 的地址：01-80-C2-00-00-00；

配置BPDU只由根桥周期性发出，发送周期为Hello Time（2秒）；

配置BPDU格式

配置BPDU老化时间为Max Age即10个hello time；

总结：配置BPDU是传递生成树选举所需信息的报文

（2）TCN BPDU：通告拓扑变更信息

注意区分：TC BPDU（根桥发出的拓扑变化信息，其他交换机收到后会将MAC地址表老化时间由300秒缩短到15秒）、

TCA BPDU（拓扑变化确认）

TCN BPDU（非根交换机发的拓扑变化通知，用于报错使用） 两者是属于配置BPDU中不同的flag置位

四、STP选举机制

BID中的优先级范围：

根桥选举的情况

思考1：下图交换机，谁是根网桥

答案1：A交换机

思考2：下图交换机的接口，谁是根端口

答案2：B的1口、C的1口

思考3：一个交换机上有多个口，到达根网桥的开销都是相同的，选不出来根端口，怎么办？

答案3：依据对端交换机BID小的优先级选举根端口，则D交换机的1口为根端口

思考4：依据端口ID小的优先的情况？

答案4：E的1端口为根端口

综上：选举出的根端口如下图所示：

指定端口的选举情况

阻塞端口：

STP选举完后，修剪的网络拓扑，一颗没有环路的树

注：选举根桥和端口角色同步进行，不分先后；

        stp计算时间是30秒；

总结：STP桥角色：根桥、非根桥

           端口角色：指定端口、根端口、阻塞端口

port id：格式：优先级+端口号，小优

              优先级0-240，默认128，必须是16的倍数

五、stp初始化流程---端口状态

端口状态

disable：禁用状态，被手动shutdown的端口。不发送配置BPDU，不进行MAC地址学习，不收发数据。

blocking：阻塞状态：不发送配置BPDU，不进行MAC地址学习，不收发数据。

listening：监听状态，发送配置BPDU，不进行MAC地址学习，不收发数据，持续15秒。

learning：学习状态，发送配置BPDU，进行MAC地址学习，不收发数据，持续15秒。

forwarding：转发状态，发送配置BPDU，进行MAC地址学习，收发数据

发送延迟的过程：

从中间状态listening经过一个延迟进入另一个中间状态learning；

从中间状态learning经过一个延迟进入另一个中间状态forWording

思考：当交换机A和B之间的链路down，故障切换（网络收敛）需要多长时间？

答案：需要30秒，因为上图中虽然有很多的阻塞口，可到底启用哪个口，就需要重新进行STP的选举过程。

六、STP计时器

hello time：2秒，配置BPDU的发送周期

max age：20秒，判断链路故障的时间，10个hello time周期

forwarding delay：15秒，状态切换延迟

STP收敛时间总结：

（1）初次收敛时间：

30秒（15侦听+15s学习）:存在直连检测=本地仅存在一个阻塞端口，可以收到来自根桥的BPDU

分析：SW0上2口是阻塞口，当其上1口链路故障，2口只需经过30S就可以故障切换，因为它可以收到来自根桥的BPDU，所以不需要经过额外的20秒的故障检测机制。

（2）拓扑故障再收敛时间：

若某个端口断开，将发送次优BPDU（以本地为根）给其他邻居交换机，其他交换机无视该数据，进行20s  max age计时，同时阻塞接口进入15s侦听，15s学习，故总50s

七、STP拓扑变更机制

所以：拓扑变更后，要及时通知给上行交换机

工作原理：

1.交换机检测到拓扑变更，交换机向根网桥发起TCN BPDU；

max age超时/有接口变更为转发状态，判断为拓扑发生变更

交换机上有端口从forwarding或learning状态转变为blocking；

2.沿途的非根桥收到TCN BPDU后，会继续向根桥转发，并在根桥的下一轮配置BPDU中，把TCA（TC acknowledge）位置位

3.根桥收到TCN BPDU后，在下一轮配置BPDU中，把其TC位置位；

4.所有交换机收到TC置位的BPDU后，MAC地址表老化时间由300秒缩短到15秒

八、缺点

拓扑变更不灵活，主机频繁上下线，网络会产生大量TCN，导致网卡；

收敛时间长：拓扑层次越多，收敛时间越长，一个端口从blocking到forwarding至少需要30秒；

                      故障切换时间太长；

九、链路开销标准：

链路速率：100Mbps\1000Mbps\10Gbps

标椎：802.1D-1998

           802.1t（华为标准）

           私有标准（华三交换机私有）

十、STP实验