STP协议讨论

STP（Spanning Tree Protocol）是生成树协议的英文缩写，是OSI网络互联模型中的第二层（Date Link Layer）中的协议。

STP是基于什么需要所开发的协议：
一个优秀的网络工程师，冗余的思想是尤为重要的，因此在做某些网络互联的项目时，会使用多个交换机Switch进行保障通信，避免单点故障。可是如果几个交换机同时作用时，难免会发生一些问题：1，广播风暴。一个PC或者Host Server 发送一个广播broadcast，从而使形成环路的交换机不停的泛洪（由于交换机是二层设备，没有网络层封装帧的TTL数，所以这种广播风暴更为严重），直到网络堵塞。2，帧的多重复制。由于多台Switch转发数据，可以使目标路由器接收到几个相同的帧，这在三层路由的一些协议中，会出现故障。3，MAC地址表不稳定。由于交换机中MAC表中，一个端口可对应多个MAC地址，而一个MAC无法对应多个端口。然而在多个Switch同时作用环路时，难免会造成MAC表学习重复，使MAC地址对应的端口不断被覆盖，造成MAC地址表不稳定。

基于以上问题，开发出来了STP生成树协议，该协议可应用于环路网络，通过一定的算法实现路径冗余，同时将环路网络修剪成无环路的树型网络，从而避免报文在环路网络中的增生和无限循环。

生成树协议STP/RSTP
一. 技术原理：
　　STP的基本思想就是生成“一棵树”，树的根是一个称为根桥的交换机，根据设置不同，不同的交换机会被选为根桥，但任意时刻只能有一个根桥。由根桥开始，逐级形成一棵树，根桥定时发送配置报文，非根桥接收配置报文并转发，如果某台交换机能够从两个以上的端口接收到配置报文，则说明从该交换机到根有不止一条路径，便构成了循环回路，此时交换机根据端口的配置选出一个端口并把其他的端口阻塞，消除循环。当某个端口长时间不能接收到配置报文的时候，交换机认为端口的配置超时，网络拓扑可能已经改变，此时重新计算网络拓扑，重新生成一棵树。

       总之，其目的就是在不影响冗余的情况下，避免交换机环路的出现。

具体的选举步骤为：
1、One root bridge per network（在网络中选一个根桥）
2、One root port per nonroot bridge（在每一个非根桥中选举一个根端口称为RP）
3、One designated port per segment（在每条链路中选举一个指定端口称为DP）
4、Nondesignated ports are unused（剩下的一个端口为BLOCK状态）

选举原则：
1，在所有交换机中Bridge ID越低，越优先。
【先介绍一下Bridge ID，Bridge ID又两部分组成，{Bridge Priority，MAC Adress}。Bridge Priority为桥优先级，默认为32768；MAC Adress就是交换机的MAC地址。注：如果想把指定交换机设为根桥，可把改交换机的Bridge Priority设为更低，一般设为0】

2，选举根端口时，按照以下原则。COST--Port ID,先比较COST值，即该端口到根桥的花费。COST值越低越优先。
【COST值】
带宽       COST
10Gps       2
1Gps        4
100M        19
10M         100
如果COST值相同的话，再比较Port ID,Port 0优先与Port 1。

3，选举DP，规则为COST--Bridge ID。先比较COST，当COST相同时，再比较桥ID，桥ID越小越优先。

4，最后剩下的那个唯一的端口即为BLOCK状态，即不运作，但会接收BPDU报文，监听其他正常使用的交换机是否工作正常，如不正常立即启用。

Spanning-tree transits each port through several different states:
1，收BPDU报文，如20s没有收到回包，即转入下一步骤。------只可收BPDU报文
2，Listening 届时15s 此期间，会进行STP选举------------可以收、发BPDU报文，不转发用户数据
3，Learning 届时15s 此期间会学习MAC地址，为以后减少泛洪流量做准备
4，Forwarding

       以上可以看出，STP协议会持续50s，这就是有的PC开机后50s后才可以上网，进行数据传输。为此，由开发了RSTP协议（快速生成树协议），收敛速度可达到1s。

二. 功能介绍：
　　生成树协议最主要的应用是为了避免局域网中的网络环回，解决成环以太网网络的“广播风暴”问题，从某种意义上说是一种网络保护技术，可以消除由于失误或者意外带来的循环连接。STP也提供了为网络提供备份连接的可能，可与SDH保护配合构成以太环网的双重保护。新型以太单板支持符合ITU-T 802.1d标准的生成树协议STP及802.1w规定的快速生成树协议RSTP，收敛速度可达到1s。
　　但是，由于协议机制本身的局限，STP保护速度慢（即使是1s的收敛速度也无法满足电信级的要求），如果在城域网内部运用STP技术，用户网络的动荡会引起运营商网络的动荡。目前在MSTP 组成环网中，由于SDH保护倒换时间比STP协议收敛时间快的多，系统采用依然是SDH MS-SPRING或SNCP，一般倒换时间在50ms以内。但测试时部分以太网业务的倒换时间为0或小于几个毫秒，原因是内部具有较大缓存。SDH保护倒换动作对MAC层是不可见的。这两个层次的保护可以协调工作，设置一定的"拖延时间"(hold-off),一般不会出现多次倒换问题。