STP是廣泛應用在二層的具有冗余的網絡中用來消除環路的一種機制，當然二層環網中用來消除環路的技術還有RRPP和H3C的smart-link技術等。

一、STP的一些基本概念

STP是IEEE802.3D定義的，在二層網絡中阻塞冗余鏈路，消除環路的一種，STP包含：STP、RSTP和MSTP等。

1、 根橋：網絡中根優先級最小的那臺交換機稱為根橋，默認的優先級為32768。根橋優先級的步長為4096的整數倍，取值範圍為0~61140。

2、 橋優先級：表示橋的優先級。

3、 根端口：根橋上的所有端口都是根端口，非根橋上離根橋開銷最小的那個端口稱為根端口。

4、 指定端口：在指定的物理網段上到根橋開銷最小的那個端口。

5、 橋ID：橋優先級由橋MAC兩部分組成。橋ID越小越有可能稱為根橋。

6、 路徑開銷用來衡量橋與橋之間鏈路的優劣。

7、 BPDU：橋協議數據單元，在STP中存在兩種BPDU，一種為配置BPDU，另外的一種為TCN BPDU，用來通告拓撲的變化。

二、STP計算過程

1、 根橋的選舉

假設SW1的橋優先級為0，當上圖網絡中的所有設備啟用STP特性後，會從和其他交換機相連的端口泛紅以自己為根橋的BPDU，當交換機收到比自己更優的根橋ID的時候，便會使用該值填充BPDU中根橋的字段，通過一段時間的相互發送和比較後，由於SW1的交換機手工設置的優先級為0，此時，在整個網絡中SW1為根橋。

2、 端口角色的確定

根橋上的端口都是指定端口DP，那麽上圖SW1的1和2號端口為指定端口，SW2為1-3網段的指定橋，SW3為2-4網段的指定橋，3和4端口為根端口，3-4網段1-3的路徑比經過3-4-2這樣的路徑的開銷要小，因此3號口味3-4網段的指定端口，阻塞4號端口。

SW4到達根橋的開銷走7-5-3-1和8-6-4-2都是一致的，此時將會進行指定橋優先級，此時7為根端口。

SW5到達根橋的開銷無論怎麽出發都是一致的，此時將會進行指定橋端口的優先級，優先級小者優先，因此9號端口為根端口。

三、STP的端口狀態

STP的端口狀態包括：disable 、blocking、Listening、learning、Forwarding等狀態，disable狀態即端口沒有啟用stp特性，此時端口正常首發用戶數據幀。

Blocking狀態：端口處於阻塞狀態的時候，僅接受BPDU，不發送BPDU。

Listening狀態：端口處於監聽狀態，該狀態是一個過渡狀態，此時端口從blocking開始學習mac。但是在該狀態仍然不進行用戶數據幀的轉發。

Learning狀態：端口處於MAC學習狀態，該狀態規定仍然不進行用戶數據幀的轉發。

Forwarding狀態：轉發狀態，只有當端口改變成為forwarding狀態的時候才會進行數據幀的轉發

四、STP的拓撲的處理機制

在STP中，從listening狀態到forwarding需要經過兩倍的Forward-delay時間，Forward-delay的時間為15s。

在STP中，當根橋選擇完畢之後，根橋產生的BPDU從指定端口發出，非根橋從根端口接受，從指定接口轉發出去，非根橋本省並不產生自身的BPDU。

當拓撲變化的時候，網橋感知拓撲變化，產生TCN置位的BPDU，通知根橋，根橋接收後會發送TCA置位的BPDU，並且產生TC置位的BPDU，下遊網橋接收到根橋發送的TC置位的BPDU，會將MAC的老化時間設置為15s。

因此在STP中，當拓撲發生變化的時候網絡的收斂時間可能為30s或者50s。

BPDU報文中的flag字段的第0位置1為TCN報文，第7位置1為TCA報文。

五、STP的缺點

1、 拓撲的收斂速度很慢，不適用於靈敏性的應用。

2、 當網絡中的大量主機上線和下線時，拓撲會發生變化，對拓撲的控制不夠靈活。

六、RSTP協議

802.3w規定的快速生成樹協議，收斂機制和拓撲變化相應機制比STP快很多，主要的亮點有：

1、邊緣端口

RSTP中可以手動將一些連接終端設備的端口設置為邊緣端口，當一個端口被設置為邊緣端口後，主機接入後可以直接進入轉發狀態，而且邊緣端口主機頻繁上線和下線時不會對整個拓撲造成影響。

3、 端口是根端口

在RSTP中，Alternate端口是根端口的一個備份口，當根端口故障時，備份端口可以馬上進入轉發狀態，幾乎不需要延遲。

4、 端口是指定端口

RSTP中指定了P/A機制，指定借口可以和對端網橋進行一次握手，即可進入轉發狀態，不依賴任何計數器，但是握手的前提必須是在點到點的鏈路中。

5、 P/A機制

BPDU報文中的flag字段，第一位是P置位，第六位是A置位。

6、 收斂機制

下遊網橋收到TC置位的BPDU後會清除除TC報文接受端口除外的其余端口的MAC地址，並在兩倍的Hello-time時間內向指定端口和根端口發送TC置位的RST BPDU。

7、 RSTP 可以兼容STP。

七、MSTP

Mstp是802.s規定的，可以實現不同vlan的流量的負載和多實例。

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STP學習總結