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生成树协议诞生的背景
在以太网交换网络中，为了提高网络可靠性，通常会使用冗余链路。但使用冗余链路在交换网络中会产生环路，导致广播风暴、MAC地址表不稳定等故障现象，从而影响用户通信质量。STP 协议的作用就是通过阻塞冗余链路的端口，在交换网络中防止环路的产生。
生成树协议发展历程
STP协议最初由IEEE在1989年发布的IEEE 802.1D标准中定义。STP协议的缺点是收敛时间长，因此 IEEE 在2004年发布了IEEE 802.1w 标准，定义了快速生成树协议 (Rapid Spanning Tree Protocol)。RSTP 协议的收敛时间比STP协议快得多，但仍然存在一些缺点。
为了解决STP和RSTP的缺点，在IEEE 802.1s的标准中再次定义了多生成树协议 (Multiple Spanning Tree Protocol)。MSTP协议可以为不同VLAN创建不同的生成树，从而提高网络的性能和可靠性。
STP、PVST、PVST+、RSTP 和 MSTP 之间的关系如下：
- STP 是生成树协议的基础，PVST、PVST+、RSTP 和 MSTP 都是基于 STP 协议的改进。
- PVST 和 PVST+ 是 Cisco 公司对 STP 协议的改进，可以为不同的 VLAN 创建不同的生成树。
- RSTP 是 STP 协议的改进，收敛时间更短。
- MSTP 是 STP 协议的改进，可以为不同 VLAN 创建不同的生成树，并且具有更好的性能和可靠性。
具体来说，STP 协议是单生成树协议 (Single Spanning Tree)，它为整个网络创建一个生成树。STP 协议的缺点是收敛时间长，因此 Cisco 公司开发了 PVST 和 PVST+ 协议。PVST 和 PVST+ 协议都是基于 STP 协议的，但它们可以为不同的 VLAN 创建不同的生成树。这可以提高网络的性能和可靠性，但也增加了网络管理的复杂性。
RSTP 协议是快速生成树协议 (Rapid Spanning Tree)，它可以缩短STP协议的收敛时间。RSTP协议的缺点是仍然是单生成树协议，它不能完全解决STP协议的缺点。
MSTP 协议是多生成树协议 (Multiple Spanning Tree)，它可以为不同 VLAN 创建不同的生成树。因此，MSTP 协议是目前最先进的生成树协议。
生成树协议的原理
STP执行一种被称为STA(Spanning-Tree Algorithm，生成树算法)的算法，通过判断网络中存在环路的地方并阻断冗余链路。为了找到冗余链路， STA在网络中选择一个参考点，然后确定到该参考点的冗余路径，这个参考点通常被称为生成树的根。如果STA发现存在冗余路径，那么它将选择到达根的最优路径（通常是开销最小的路径），同时阻断所有其他冗余路径。如果最优路径发生故障，那么之前被阻塞的端口将被激活，生成新的最优路径并参与数据的转发。为了进一步说明生成树是怎样建立无环路径的，我们先熟悉一些STP名词：
根桥：生成树的“树根”，桥id最小的交换机。
非根交换机：除了根桥，其它的都是非根交换机。
根端口：离根桥最近的端口。每一个非根交换机都有一个根端口。
指定端口：除了根端口，所有参与数据转发的端口都是指定端口。根桥上所有的端口都是指定端口。
非根非指定端口：被阻塞的端口，也是我们理解的冗余链路的端口。
路径开销：到达根桥的过程中端口cost值的累计。端口cost值越小，路径开销越小，对应的路径就更优。
桥ID：是由桥优先级和桥MAC地址构成。
端口ID：是由端口优先级和端口号构成。
STP的选举过程
一、选举1个根网桥
每个VLAN中只能有1个网桥担当根网桥。在根网桥上，所有的端口都担当指定端口。指定端口不仅能够发送和接收流量，还可以发送和接收配置消息或BPDU。根网桥是所有交换机用来确定网络中是否存在环路的参考点。通过交换BPDU，交换机就知道谁的桥ID最小，谁就是根桥。
二、选择所有非根网桥的根端口
根端口能够发送和接收流量。如果非根网桥拥有到达根网桥的多条等价路径，那么非根网桥将选择连接到最低网桥ID的端口。如果等价路径的所有网桥ID都是相同的，那么非根网桥将选择具有最低端口ID(端口ID是局部有效的配置)的端口。
三、选择各个网段的指定端口
在各个网段中，STP在网桥上建立一个指定端口，它到达根网桥的路径开销最低。如果出现路径开销相等的情况，那么桥ID就派上用场了。如果相同网桥上多个端口的开销也相同，那么具有最低优先级的端口将被选为指定端口。如果端口优先级也相同，那么哪个端口的号最小就是谁。记住：生成树协议中都是选最低（最小）的，不管是ID、优先级还是端口号。非根非指定端口只能够接收流量，但不能参与转发，就是为了避免环路。
STP 协议会不断地监控网络拓扑，并根据需要调整逻辑树。如果网络拓扑发生变化，STP 可能会将某些链路从活动状态更改为阻塞状态，或者将某些链路从阻塞状态更改为活动状态。
日常配置STP的注意事项
为了能够在分布层和接入层的交换机之间转发流量，我们通常选择位于中心位置的交换机或核心交换机作为主根网桥，这些交换机具有充足的CPU资源和交换能力。在主根网桥或当前根网桥发生故障的时候，将选择备份或辅助根网桥。这种选择过程应当提前规划好，确保：即使主根网桥发生故障，新的根网桥仍然位于中心位置，并且具有接管主交换机角色的足够CPU资源和交换能力。在生产网络中，一般要求备份根网桥和主交换机具有相同的能力。如果满足上述要求，即使主根网桥发生故障，网络性能也不会受到太大的影响。
