生成樹
冗餘拓撲的問題：
-廣播風暴
交換機泛洪廣播幀和未知幀
-重複幀接受
交換機泛洪廣播幀和未知幀
-MAC地址的振盪
學習MAC地址的原則
STP生成樹協議：spanning-tree protocol（802.1D）
作用：防環備份
原理：在冗餘網絡中，邏輯上阻塞某些端口，使的任意兩個終端之間的通信都是唯一路徑；
當收斂後的網絡再次發生變換，重新激活被阻塞的端口，使得網絡通信恢復正常，到達備份的效果
術語：
橋ID：標示交換機在生成樹網絡中的唯一性
組成：橋優先級+MAC地址（交換機本身的MAC地址）
橋優先級：標示交換機的優先權限，用於選舉根橋
範圍0-65535，默認32768，步長 1，2Bytes
根橋：ROOT，負責整個網絡中的數據通信
網絡中優先級最高的交換機
根路徑開銷：到根橋的最短路徑開銷。
指定橋ID：由指定橋的優先級和MAC地址組成。
指定端口ID：由指定端口的優先級和端口號組成。
Message Age：配置BPDU在網絡中傳播的生存期。
Max Age：配置BPDU在設備中能夠保存的最大生存期。
Hello Time：配置BPDU發送的週期。
Forward Delay：端口狀態遷移的延時。
BPDU：橋協議數據單元
內容：包含STP收斂所需要的所有參數
包含自身的生命週期，定期更新的時間以及老化時間
作用：用來選舉ROOT, RP, DP等
種類：
配置BPDU：週期性發送，2S，最大存活時間20S；用來完成STP的收斂和後期狀態的維護
TCN BPDU：當拓撲發生變化時發送（橋主動發送該BPDU通知網絡中的設備，鏈路發生變化）
*在802.1D中，只有根橋纔有資格定期發送配置BPDU，並且，根橋發送的BPDU纔是最優的！
Cost：花費，接口到達根所花的代價
10M~100; 100M~19; 1000M~4; 10G~2
根端口：root Port （RP）
非根橋上，到達根橋的cost值最小的端口
負責接受由根橋發送的數據和BPDU
指定端口：design Port (DP))
鏈路上 到達根橋的cost值最小的端口
負責轉發ROOT發送的數據和BGDU
端口ID：在交換機上，用來唯一的標識不同的端口
組成：端口優先級+端口編號
端口優先級：1Byte，範圍0-255，
STP的選舉流程：
1、在一個交換網絡中選舉一個根橋，根橋是設備的概念。默認情況下所有設備都是根橋，通過交互BPDU包優選BID小的成爲根橋，在STP中根橋選舉後只會由根橋每隔2秒發送一次BPDU包，其它的非根橋接收後轉發。
2、根橋選舉後，交換網絡中的其它設備都是非根橋，每個非根橋還需要選舉一個到達根橋最短路徑的端口成爲根端口。注：非根橋只能有一個根端口
3、每條鏈路上還需要選舉一個指定端口，默認情況下根橋的所有端口都是指定端口
4、既不是根端口也不是指定端口的其它端口需要被阻塞，不能轉發數據幀。
所有配置了STP協議的交換機都會發送BPDU（橋協議數據單元）報文，通過交互BPDU報文選舉設備角色和端口角色。
PDU有兩種類型：配置BPDU和TCN BPDU。
配置BPDU包含了橋ID、路徑開銷和端口ID等參數。STP協議通過在交換機之間傳遞配置BPDU來選舉根交換機,以及確定每個交換機端口的角色和狀態。
BPDU：在初始化過程中，每個橋都主動發送配置BPDU。在網絡拓撲穩定以後，只有根橋主動發送配置BPDU，其他交換機在收到上游傳來的配置BPDU後，纔會發送自己的配置BPDU。
TCN BPDU是指下游交換機感知到拓撲發生變化時向上遊發送的拓撲變化通知。
STP協議中包含一些重要的時間參數，這裏舉例說明如下：
Hello Time是指運行STP協議的設備發送配置BPDU的時間間隔，用於檢測鏈路是否存在故障。交換機每隔Hello Time時間會向周圍的交換機發送配置BPDU報文，以確認鏈路是否存在故障。當網絡拓撲穩定後，該值只有在根橋上修改纔有效。
Message Age:如果配置BPDU是根橋發出的，則Message Age爲0。否則，Message Age是從根橋發送到當前橋接收到BPDU的總時間，包括傳輸延時等。實際實現中，配置BPDU報文每經過一個交換機，Message Age增加1。
Max Age是指BPDU報文的老化時間，可在根橋上通過命令人爲改動這個值。Max Age通過配置BPDU報文的傳遞，可以保證Max Age在整網中一致。非根橋設備收到配置BPDU報文後，會將報文中的Message Age和Max Age進行比較：如果Message Age小於等於Max Age，則該非根橋設備會繼續轉發配置BPDU報文。如果Message Age大於Max Age，則該配置BPDU報文將被老化掉。該非根橋設備將直接丟棄該配置BPDU，並認爲是網絡直徑過大，導致了根橋連接失敗。
設備角色：根橋、非根橋
端口角色：根端口、指定端口、替代端口
根橋的選舉：
通過比較BID（橋ID）選舉，優選BID小的。BID參數由兩部分組成:優先級（默認值爲32768）+MAC地址（交換機的背板MAC地址）。
1、比較優先級，優先級越小越優。
2、如果優先級一樣，比較MAC地址，MAC地址越小越優。
BPDU包的作用：1、用於STP的選舉 2、維護STP的狀態 3、通告拓撲改變，刷新MAC地址表
STP中根橋的選舉依據的是橋ID，STP中的每個交換機都會有一個橋ID(Bridge ID) 。橋ID由16位的橋優先級（Bridge Priority）和48位的MAC地址構成。在STP網絡中，橋優先級是可以配置的，取值範圍是0～65535，默認值爲32768。優先級最高的設備（橋ID最小）會被選舉爲根橋。如果優先級相同，則會比較MAC地址，MAC地址越小則越優先。
交換機啓動後就自動開始進行生成樹收斂計算。默認情況下，所有交換機啓動時都認爲自己是根橋，自己的所有端口都爲指定端口，這樣BPDU報文就可以通過所有端口轉發。對端交換機收到BPDU報文後，會比較BPDU中的根橋ID和自己的橋ID。如果收到的BPDU報文中的橋ID優先級低，接收交換機會繼續通告自己的配置BPDU報文給鄰居交換機。如果收到的BPDU報文中的橋ID優先級高，則交換機會修改自己的BPDU報文的根橋ID字段，宣告新的根橋。
根端口的選舉：
RPC（root path cost）：RPC是BPDU包中一個參數，用於標識發送BPDU包的交換機自己到達根橋的距離。
本地端口的RPC（通過端口到達根橋的距離）=本端口的PC+接收到的BPDU包中通告的RPC
STP端口角色的選舉過程
1、比較RID（根橋ID），優選小的。
2、比較到達根橋的RPC（root path cost）,越小越優。
3、比較BPDU包發送者的BID，越小越優。
4、比較BPDU包發送者的PID(port id(端口ID)，端口ID由兩部分組成=端口優先級（默認爲128，可以配置，配置時必須爲16的整數倍）+端口ID)，越小越優。
5、比較BPDU包接收者的PID,越小越優。
STP中有幾種端口角色： 根端口（RP）、指定端口（DP）、替代端口（AP）
STP中有幾種端口狀態：Disable(禁用)、Listening(監聽)、Learning(學習)、Forwarding（轉發）、Blocking(阻塞)
端口狀態：
Disable(禁用)：端口shutdown,端口UP後會從disable過渡到listening狀態。
Listening(監聽)：在該狀態下可以發送和接收BPDU包，但是不能轉發數據幀，用於選舉設備角色和端口角色。該狀態會維持一個forward delay（15S）的時間。超時後會過渡到learning狀態。
Learning(學習)：在該狀態下可以發送和接收BPDU包，可以接收數據幀但是不能轉發，同時學習原MAC地址構建MAC地址表。該狀態會維持一個forward delay（15S）的時間。超時後會過渡到forwarding狀態。
Forwarding（轉發）：在該狀態下可以發送和接收BPDU包，同時可以接收和轉發數據幀。
Blocking(阻塞)：在該狀態下可以接收BPDU包，但是不能發送BPDU包和數據幀。