多层网络架构--->冗余---->线路冗余--->二层桥接环路（提高网络的稳健性）
二层环路导致问题：
1、广播风暴：广播帧不停的转发，导致网络资源耗尽，造成网络设备瘫痪
2、MAC地址表翻滚：由于MAC地址表的加表规则是新的MAC会覆盖旧的MAC记录，这会导致MAC地址表经常处于变化之中，影响通信。
3、同一数据帧的重复拷贝：对于未知的单播帧，交换机会洪泛，这就导致相同的数据帧会被重复转发，没有什么意义。
这里我们就需要生成树协议来打破这个环路。这里简单介绍一下生成树协议；
生成树：在一个二层交换网络中，生成一棵树型结构，逻辑的阻塞部分接口，来实现无环的网络结构，最终使得从根到所有的节点仅存在唯一的路径；当最佳路径故障时，自动打开部分阻塞端口，来实现备份的作用。
生成树在生成过程中，应该尽量的生成一棵最短路径树。
IEEE 802.1D
一个交换网络内仅存在一棵生成树实例
交换机间使用BPDU—桥协议数据单元 – 交换机间沟通互动收发的数据
协议ID：0
协议版本：表示不同的生成树版本 STP：0 RSTP：2 MSTP：3
BPDU类型：表示不同生成树的配置BPDU和TCN-BPDU
标记：最高位是TCA， 最低位是TC； TCA表示拓扑改变确认，TC表示拓扑改变
根桥ID：桥的优先级
根路径开销：本端口累计到根桥的开销
桥ID：发送者的BID
端口ID：发送端口的PID
生存时间：BPDU每进过一台交换机，该值加一
老化时间：端口保存BPDU的有效时间
周期时间：发送BPDU的时间间隔
转发时延：监听和学习状态的持续时间
配置BPDU：只有根网桥可以发送，在交换网络初始状态时，所有交换机均定义本地为根网桥，进行BPDU的发送；使得网络所有交换机均收到其他设备的BPDU，之后基于数据中的参数进行比对，选举出根网桥；而后所有非根网桥不再发送BPDU，而是仅接收和转发根网桥的BPDU；周期2s发送，hold time 20s；
TCN—拓扑变更消息（也是BPDU）： 本地交换机链路故障后，STP重新收敛，为了快速刷新全网所有交换机的MAC表，将向本地所有STP接口发送TCN（Flags中的TCN位置1），邻居交换机收到TCN后，回复TCA消息，用于可靠传输消息；之后将TCN逐级转发到根网桥处，由根网桥回复TC消息来逐级回复到所有交换机；使所有交换机临时将MAC表的老化时间修改为15s（默认的，转发延时）
STP的操作
选举--- 根网桥、根端口、指定端口、非指定端口（阻塞端口）
【1】根网桥 ：在一棵生成树实例中，有且仅有一台交换机为根；
由BPDU中的桥ID来决定
桥ID= 网桥优先级（0-65535公有） 默认32768 + MAC地址（只有存在svi接口的交换机才拥有mac地址，若存在多个mac选数值最小）
根网桥的选举 ：
1.先比较优先级，小优；
2.若优先级相同，比较MAC，数值小优；
【2】根端口：在每台非根网桥上，有且仅有一个接口；本地离根网桥最近的接口（最短、星型），接收来自根网桥的BPDU，转发用户的流量（该接口不阻塞）
选举规则：
1.比较从根网桥发出后，通过该接口进入时最小的cost值；
2.入向cost值相同，比较该接口对端设备的BID，小优
3.对端BID也相同，比较该接口对端设备的接口的PID，小优
4.连对端PID也相同，比较本地的PID，小优；
*注：
PID=端口ID 接口优先级（0-240，步长16，默认128） 接口编号
路径开销：（补充：>100000M=1）
【3】指定端口：在每一段存在STP的物理链路上，有且仅有一个；转发来自根网桥的BPDU，同时可以转发用户流量（不阻塞）；默认根网桥上所有接口为指定端口。
选举规则：
1.比较从根网桥发出后，通过该接口进入这段链路时的cost值最小（即出向）
2.若出向cost值相同，比较本地的BID，小优；
3.本地BID相同，比较本地的PID；小优；
【4】非指定端口：阻塞，当以上所有角色全部选举完成后，剩余没有任何角色的接口为非指定；
该接口逻辑阻塞，实际可以接收到信息，但不转发；
接口状态
1、down：没有BPDU收发，一旦可以进行BPDU收发进入下一状态；
2、侦听：强制15s；所有交换机进行BPDU收发，选举所有角色；接口角色为非指定端口直接进入阻塞状态；若为指定端口和根端口进入下一状态；
3、学习：强制15s； 指定端口和根端口学习所有接口连接设备的MAC地址，生成MAC表；之后进入下一状态；
3、转发：指端端口和根端口进入，可以转发用户报文；
4、阻塞：逻辑阻塞；
注：只有到接口进入到转发状态后，才能为用户转发数据报文，之前的30s不能转发任何数据；
收敛时间
1、初次收敛：30s = 15侦听+15s学习
2、结构变化：
根网桥出现故障：需要等非根网桥的BPDU老化，后重新选举，总计50s。
存在直连检测：本地存在阻塞端口，若其他端口断开，该阻塞端口马上进入15是侦听（选举）；结果若为启用，那么将再进入15s学习，总计30s。
没有直连检测：本地不存在阻塞端口，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 hold time计时，到时后阻塞接口进入15s侦听，15s学习，总计50s。
缺点
1、拓扑收敛慢，当网络拓扑发生改变的时候，生成树协议最多需要50秒的时间才能完成拓扑收敛。
2、链路利用率低。当最佳路径存在时，备份路径一直处于闲置状态，造成资源浪费。
关于生成树的其他总结：
RSTP：https://blog.csdn.net/weixin_43997530/article/details/108428414
MSTP：https://blog.csdn.net/weixin_43997530/article/details/108437497
posted on
