23、90秒快速“读懂”STP（生成树）工作原理

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交换机之间通过多条链路互连时，虽然能够提升网络可靠性，但同时也会带来环路问题。

1、广播风暴

根据交换机的转发原则，如果交换机从一个端口上接收到的是一个广播帧，或者是一个目的MAC地址未知的单播帧，则会将这个帧向除源端口之外的所有其他端口转发。如果交换网络中有环路，则这个帧会被无限转发，此时便会形成广播风暴，网络中也会充斥着重复的数据帧。

2、MAC地址表震荡

交换机是根据所接收到的数据帧的源地址和接收端口生成MAC地址表项的。此过程不断重复，从而导致MAC地址表震荡。

STP（SpanningTree Protocol）生成树协议的作用

STP通过阻塞端口来消除环路，并能够实现链路备份的目的。

1、消除环路：通过阻断冗余链路来消除网络中可能存在的环路。

2、链路备份：当活动路径发生故障时，激活备份链路，及时恢复网络连通性。

STP的操作

1、选举一个根桥。

2、每个非根交换机选举一个根端口。

3、每个段选举一个指定端口。

4、阻塞非根、非指定端口。

STP通过构造一棵树来消除交换网络中的环路。

每个STP网络中，都会存在一个根桥，其他交换机为非根桥。根桥或者根交换机位于整个逻辑树的根部，是STP网络的逻辑中心，非根桥是根桥的下游设备。当现有根桥产生故障时，非根桥之间会交互信息并重新选举根桥，交互的这种信息被称为BPDU。BPDU中包含交换机在参加生成树计算时的各种参数信息。

STP中定义了三种端口角色：指定端口，根端口和预备端口。

指定端口：

是交换机向所连网段转发配置BPDU的端口，每个网段有且只能有一个指定端口。一般情况下，根桥的每个端口总是指定端口。

根端口：

是非根交换机去往根桥路径最优的端口。在一个运行STP协议的交换机上最多只有一个根端口，但根桥上没有根端口。

预备端口：

既不是指定端口也不是根端口，预备端口将被阻塞。

根桥选举

每一台交换机启动STP后，都认为自己是根桥。

STP中根桥的选举依据:

1、桥优先级（Bridge Priority）

2、48位的MAC地址

STP中的每个交换机都会有一个桥ID(Bridge ID)。桥ID 由16位的桥优先级（Bridge Priority）和48位的MAC地址构成。在STP网络中，桥优先级是可以配置的，取值范围是0-65535，默认值为32768。

优先级最高的设备（数值越小越优先）会被选举为根桥。如果优先级相同，则会比较MAC地址，MAC地址越小则越优先。

根端口选举

非根交换机在选举根端口时分别依据：

1、根路径开销（Root Path Cost）

2、对端BID（Bridge ID）

3、对端PID（Port ID，有端口优先级和端口号构成）

4、本端PID

交换机的每个端口都有一个端口开销（Port Cost)参数，此参数表示该端口在STP中的开销值。默认情况下端口的开销和端口的带宽有关，带宽越高，开销越小。从一个非根桥到达根桥的路径可能有多条，每一条路径都有一个总的开销值，此开销值是该路径上所有接收BPDU端口的端口开销总和（即BPDU的入方向端口），称为路径开销。非根桥通过对比多条路径的路径开销，选出到达根桥的最短路径，这条最短路径的路径开销被称为RPC (Root Path Cost，根路径开销），并生成无环树状网络。

根桥的根路径开销是0。

指定端口选举

非根交换机在选举指定端口时分别依据：

1、根路径开销（Root Path Cost）

2、BID（Bridge ID）

3、PID（Port ID）

未被选举为根端口或指定端口的端口为预备端口，将会被阻塞。

每个网段都应该有一个指定端口，根桥的所有端口都是指定端口（除非根桥在物理上存在环路）。

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