z0ukun 1、什么是生成树（STP）
STP（Spanning Tree Protocol）是生成树协议的英文缩写。该协议可应用于在网络中建立树形拓扑，消除网络中的环路，并且可以通过一定的方法实现路径冗余，但不是一定可以实现路径冗余。生成树协议适合所有厂商的网络设备，在配置上和体现功能强度上有所差别，但是在原理和应用效果是一致的。
image常见的STP协议image
1、CST：协议号802.1d，只维护一个STP 实例，而不管交换机上有多少个VLAN；
2、PVST+：Cisco 私用协议，基于CST，但会为每个VLAN 维护一个实例，增加了一些特性；
3、RSTP：协议号802.1w，只维护一个STP 实例，但收敛速度加快；
4、MSTP：协议号802.1s，基于RSTP，可以将多VLAN 映射到一个实例中，还支持一些特性；
image技术原理image
STP的基本原理是，通过在交换机之间传递一种特殊的协议报文，网桥协议数据单元（Bridge Protocol Data Unit，简称BPDU），来确定网络的拓扑结构。BPDU有两种，配置BPDU（Configuration BPDU）和TCN BPDU。前者是用于计算无环的生成树的，后者则是用于在二层网络拓扑发生变化时产生用来缩短MAC表项的刷新时间的（由默认的300s缩短为15s）。
Spanning Tree Protocol(STP)在IEEE802.1D文档中定义。该协议的原理是按照树的结构来构造网络拓扑，消除网络中的环路，避免由于环路的存在而造成广播风暴问题。
Spanning Tree Protocol(STP)的基本思想就是按照”树”的结构构造网络的拓扑结构，树的根是一个称为根桥的桥设备，根桥的确立是由交换机或网桥的BID（Bridge ID）确定的，BID最小的设备成为二层网络中的根桥。BID又是由网桥优先级和MAC地址构成，不同厂商的设备的网桥优先级的字节个数可能不同。由根桥开始，逐级形成一棵树，根桥定时发送配置BPDU，非根桥接收配置BPDU，刷新最佳BPDU并转发。这里的最佳BPDU指的是当前根桥所发送的BPDU。如果接收到了下级BPDU（新接入的设备会发送BPDU，但该设备的BID比当前根桥大），接收到该下级BPDU的设备将会向新接入的设备发送自己存储的最佳BPDU，以告知其当前网络中根桥；如果接收到的BPDU更优，将会重新计算生成树拓扑。当非根桥在离上一次接收到最佳BPDU最长寿命（Max Age，默认20s）后还没有接收到最佳BPDU的时候，该端口将进入监听状态，该设备将产生TCN BPDU，并从根端口转发出去，从指定端口接收到TCN BPDU的上级设备将发送确认，然后再向上级设备发送TCN BPDU，此过程持续到根桥为止，然后根桥在其后发送的配置BPDU中将携带标记表明拓扑已发生变化，网络中的所有设备接收到后将CAM表项的刷新时间从300s缩短为15s。整个收敛的时间为50s左右。
2、STP的工作方式
STP 会强制一些端口进入备份状态，使其不会侦听、转发或泛洪数据帧。总的效果是最后只有一条路径能够通向一个网段；如果网络中通往任何一个网段的连通性出现了问题，STP 就会自动激活先前的非活动路径来重建连接（前提是存在冗余路径）；
image网桥标识符（BID）的组成image
如下图所示，BID 由下面三部分组成：
1、Bridge Priority（网桥优先级）：默认是32768，取值范围是0 ~ 65535，每4096 倍数增长；
2、Extend System ID：这个值就是VLAN 号，它会和Bridge Priority 叠加组成BID的第一部分，例如：BridgePriority 是32768，VLAN 号是1，那么BID 第一部分的值就是32769；
3、MAC Address：取设备的MAC 地址；
imageSTP的四种端口状态image
1、Blocking（阻塞状态）；2、Listening（侦听状态）；3、Learning（学习状态）；4、Forwarding（转发状态）。
STP选举过程
1、选1 个根网桥：每个VLAN 或实例中只能有一个根网桥，网桥ID 最小的将成为根桥，在根桥上所有端口都会成为指定端口，指定端口可以发送和接收流量，还可以发送和接收BPDU；
2、在所有非根桥上选举根端口：STP 将在每个非根网桥上选举1 个根端口，该端口所连接的路径一定是该网桥到根桥开销最低的路径，选举根端口次序是：cost > 对端BID > 对端接口ID；
3、在每个网段上选举指定端口：STP 会为每个网段选举一个指定端口，从它到达根网桥的路径开销最低，每个网段只能有一个指定端口，选举次序是：cost > 对端BID > 对端接口ID；
4、所有其他端口都会被堵塞（B）。
3、配置实例需求
需求一：SW1 和SW2 关闭VLAN 1 的生成树协议，连接一台PC 并产生一些广播包，观察交换机CPU 利用率变化情况。
需求二：SW1 和SW2 开启生成树协议，让交换机自动选举根桥（Root Bridge）、根端口（RootPort）、指定端口（Designated Port）、阻塞端口（Blocked Port）。
需求三：观察哪一个交换机是根桥，为什么。
需求四：观察根交换机上的端口都是什么端口。
需求五：观察与根交换机端口相连的对端交换机端口是什么角色。
需求六：为什么非根桥上有一个端口被Block。
# 配置命令详解
# 在交换机上关闭STP 协议
no spanning-tree vlan [vlan ID]
# 查看交换机CPU 利用率
show processes cpu
# 改变交换机优先级
spanning-tree vlan [vlan ID] priority [0-61440]
# 查看网桥优先级（BID），端口角色等
show spanning-tree
