STP生成树协议
STP生成树协议
1、STP（spanning tree tococol）概述
逻辑上断开环路，防止广播风暴的产生
当线路故障，阻塞接口被激活，恢复通信，起备份线路的作用
2、交换网络环路的产生
（1）广播风暴（broadcast storm）的形成
广播风暴简单的讲是指当广播数据充斥网络无法处理，并占用大量网络带宽，导致正常业务不能运行，甚至彻底瘫痪，这就发生了“广播风暴”。一个数据帧或包被传输到本地网段 （由广播域定义）上的每个节点就是广播；由于网络拓扑的设计和连接问题，或其他原因导致广播在网段内大量复制，传播数据帧，导致网络性能下降，甚至网络瘫痪，这就是广播风暴。
广播风暴的产生有多种原因，如蠕虫病毒、交换机端口故障、网卡故障、链路冗余没有启用生成树协议、网线线序错误或受到干扰等。
它的主要危害为：
①大规模耗用链路带宽，使得正常数据不能得到有效传输
②造成交换机资源被占用，导致死机
（2）多帧复制
也叫重复帧传送，单播的数据帧可能被多次复制传送到目的站点。多帧复制会造成目的站点收到某个数据帧的多个副本，不但浪费了目的主机的资源，还会导致上层协议在处理这些数据帧时无法选择，严重时还可能导致不可恢复的错误。
举例：
当主机A发送一个给主机B的单播帧，此时交换机SW1的MAC地址表中如果没有主机Ｂ的MAC地址，则会把这个单播帧从多个端口泛洪出去。 因此，交换机SW2和SW3就会从多个端口分别收到多个发给主机B的单播帧，如果交换机SW2和SW3的MAC地址表中已经有了主机B的MAC地址，它们就会将这个单播帧分别从多个端口转发给主机B，这样主机B就收到了同一个帧的多份拷贝，于是形成了多帧复制。
（3）MAC地址表紊乱
这是由于相同帧的拷贝在交换机的不同端口上被接收引起的。如果交换机将资源都消耗在复制不稳定的MAC地址表上，那么数据转发的功能就可能被消弱了。
3、生成树的算法
（1）选择根网桥
网桥ID是唯一的，选择交换网络中网桥ID最小的交换机称为根网桥
网桥ID的组成：
| 网桥优先级 | 网桥的MAC地址 |
|---|---|
| 2字节 | 6字节 |
| 取值范围：0-65535 | |
| 缺省值：32768 |
（2）选择根端口
到根网桥最低的根路径成本
直连的网桥ID最小
端口ID最小
带宽与路径成本的关系：
| 链路带宽（Mbps） | 路径成本 |
|---|---|
| 10 | 100 |
| 16 | 62 |
| 45 | 39 |
| 100 | 19 |
| 155 | 14 |
| 622 | 6 |
| 1000 | 4 |
| 10000 | 2 |
端口ID的组成：
| 端口优先级 | 端口编号 |
|---|---|
| 8位 | 8位 |
| 取值范围：0-255 | |
| 缺省值：128 |
（3）选择指定端口
根路径成本较低
所在的交换机网桥ID的值较小
端口ID的值较小
（4）备用线路的产生
4、BPDU网桥协议单元
（1）BPDU-Bridge Protocol Data Unit概述
BPDU是生成树协议定义的一个数据包，网桥使用组播发送BPDU来相互通信，并用BPDU的相关机能来动态选择根桥和备份桥。但是因为从中心桥到任何网段只有一个路径存在，所以桥回路被消除。
（2）STP利用BPDU选择根网桥
当交换机启动时，假定自己是根网桥，在向外发送的BPDU中根网桥ID字段填写自己的网桥ID
当接收到其他交换机发出的BPDU后，比较网桥ID，选择较小的添加到根网桥ID中
（3）交换机端口的STP状态
| 状态 | 用途 |
|---|---|
| 转发（Forwarding） | 发送/接收用户数据 |
| 学习（Learning） | 构建网桥表 |
| 倾听（Listening） | 构建“活动”拓扑 |
| 阻塞（Blocking） | 只接收BPDU |
| 禁用（Disabled） | 强制关闭 |
| STP状态 | 接收BPDU | 转发BPDU | 学习MAC | 转发数据 | 过渡状态 | 稳定状态 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 转发（Forwarding） | √ | √ | √ | √ | × | √ |
| 学习（Learning） | √ | √ | √ | × | √ | × |
| 倾听（Listening） | √ | √ | × | × | √ | × |
| 阻塞（Blocking） | √ | × | × | × | × | √ |
| 禁用（Disabled） | × | × | × | × | × | √ |
（4）STP计时器
| 名称 | 说明 |
|---|---|
| Hello | 2s，根桥发送BPDU的间隔 |
| Forward Dalay | 15s，监听和学习的持续时间 |
| Max Age | 20s，保持阻塞的最大时间（没有收到BPDU） |
 |
