生成树协议（STP+RSTP）

　　在第二层上的交换有三种功能，即地址学习、转发/过滤决策、环路避免。为了保证冗余会在交换机之间创建多重连接，网络就很有可能出现环路，进而会引发广播风暴。这里就需要用到生成树协议来避免环路了。

       生成树协议的主要任务就是防止第二层网络出现网络环路。stp首先使用生成树算法创建一个拓扑数据库，并暂时关闭冗余链路，等到最优链路出现问题是stp协议会自动开启冗余链路。stp是一种二层协议，用于维护一个无环路的交换式网络。

 

一、生成树中术语

• 根桥

根桥是指拥有最佳桥ID的网桥，桥ID由交换机的优先级和MAC地址决定，优先级越小的交换机的桥越小，桥ID最小的为最佳桥ID。在网络中一旦选举出一个根桥，这个根桥就成为该网络中最重要的点，其他网桥都需要确定一个通往根桥的单一路径，通往根桥的最佳路径上的端口称为根端口。

• BPDU-桥协议数据单元

BPDU是运行STP的交换机之间交换的消息帧。BPDU内包含了STP所需的路径和优先级信息，STP便利用这些信息来确定根桥以及到根桥的路径，默认是每两秒发送一次。

• 非根桥

除了根桥之外的其他网桥交换机。

• 端口开销

端口开销用于确定最佳路径，取决于链路的带宽。

• 根端口

根端口是指与根桥直接相连的链路所在的端口，或者是通往根桥路径开销最低的端口。如果开销相同则选择桥ID较小的那个桥端口，若有多条链路连接到同一台设备则选择端口号最低的端口。

• 指定端口

指定端口是通过根端口到达根桥开销最低的端口

• 非指定端口

非指定端口将被设置为阻塞端口

• 阻塞端口

组苏端口是指不能进行转发帧的端口，是为了避免环路，仍会始终监听BPDU帧但是会将其丢弃。

 

二、生成树协议操作过程

  

STP的目的就是防止环路的生成，这需要找到一个中心设备，来作为生成的树形结构的根结点，这个根结点就是根桥了,根桥可以通过所有的端口完成对数据的转发。一旦根桥被选举出来，那其余的交换机就必须找出一个他自己的端口来作为根端口，每台交换机只能有一个根端口，并且任意两台交换机之间都要有且只能有一个指定端口 ，这一端口应与开销最小的链路相连，也就是带宽最大，最快的一条链路。

 

1. 根桥的选举

根据桥ID来选举根桥，桥ID最小的交换机会被选为根桥，桥ID默认的是32768，也可以手动指定使用命令：

SW(config)#spnning-tree vlan 1 priority+优先级

或者使用：

SW(config)#spnning-tree vlan 1 root primary

将该交换机的优先级在现有网络环境中最小的优先级上再减掉4096，这样该交换机就成为根桥了。

2. 生成树端口状态

对于运行STP的网桥或交换机来说，端口会在五种不同状态间转换.

• 阻塞  被阻塞的端口不能转发数据帧，只监听BPDU帧，这是为了阻止环路。交换机开机时都为阻塞模式。

• 侦听  端口侦听BPDU，以确定在开始传送数据帧之前，网络上没有环路存在。

• 学习  交换机端口侦听BPDU，并学习所有路径，开始形成MAC地址表，但仍不能转发数据帧。转发延迟就是端口从侦听状态转为学习（学习到转发模式）所需时间，默认是15秒。

• 转发  端口发送并接受所有桥接端口上的数据帧。

• 禁用  禁用状态下端口是不工作的。

3. 会聚

当交换机上所有端口都转换到转发或阻塞模式时，就会形成会聚。会聚完成之前不能转发数据。从阻塞到转发模式一般需要经过50秒的汇聚时间。

4. 生成树端口快速(PortFast)

这个是用在无需stp的端口上的，就算不在该端口上用stp，也不会形成环路，比如连接末端交换机，或其他终端设备的接口。

三、快速生成树协议(RSTP)802.1w

         RSTP属于STP的进化版本，当拓扑发生改变时它具有更快的汇聚时间，这源于它重新定义的五种端口状态：

禁止=丢弃

阻塞=丢弃

侦听=丢弃

学习=学习

转发=转发

处于Blocking状态的端口不必经历2倍的Forward Delay时延而可以直接进入转发状态。这样就大大减少了会聚时间。

 

链路开销的确定方法也有变化

链路速度	开销（改进的IEEE规范）	开销（原IEEE规范）
10Gbit/s	2	1
1Gbit/s	4	1
100Mbit/s	19	10
10Mbit/s	10	100