STP生成树协议原理及配置—从入门到精通
生成树协议（Spanning-Tree Protocol，以下简称STP）是一个用于在局域网中消除环路的协议。运行该协议的交换机通过彼此交互信息而发现网络中的环路，并适当对某些端口进行阻塞以消除环路。由于局域网规模的不断增长，STP已经成为了当前最重要的局域网协议之一。
STP的算法
STP将一个环形网络生成无环拓朴的步骤：
选择根网桥（Root Bridge）
选择根端口（Root Ports）
选择指定端口（Designated Ports）
选择根网桥的依据
网桥ID（BID）
网桥ID是唯一的，交换机之间选择BID值最小的交换机作为网络中的根网桥
STP选择根网桥举例
根据网桥ID选择根网桥
选择根端口的依据
在非根网桥上选择一个到根网桥最近的端口作为根端口
选择根端口的依据是：
根路径成本最低
直连（上游）的网桥ID最小
端口（上游）ID最小
根路径成本
根路径成本（开销）－是网桥到根网桥的路径上所有链路的成本之和，默认10M/100M自适应的路径开销为200000
STP选择根端口举例
在非根桥上，选择一个根端口（RP）
选择指定端口的依据
在每个网段上，选择1个指定端口
根桥上的端口全是指定端口
非根桥上的指定端口：
根路径成本最低
端口所在的网桥的ID值较小
端口ID值较小
STP选择指定端口举例
在每个网段选择1个指定端口（DP）
STP计算结果
经过STP计算，最终的逻辑结构为无环拓朴
STP举例
经过STP计算后的逻辑拓朴
BPDU（桥协议数据单元）
交换机之间使用BPDU来交换STP信息
BPDU
Bridge Protocol Data Unit －桥协议数据单元
使用组播发送BPDU，组播地址为：
01-80-c2-00-00-00
BPDU分为2种类型：
配置BPDU －用于生成树计算
拓朴变更通告（TCN）BPDU －用于通告网络拓朴的变化
BPDU包含的关键字段
STP使用BPDU选择根网桥2-1
交换机启动时，假定自己是根网桥，在向外发送的BPDU中，根网桥ID 字段填写自己的网桥ID
STP使用BPDU选择根网桥2-2
当接收到其他交换机发出的BPDU后，比较网桥ID，选择较小的添加到根网桥ID中
STP使用BPDU计算根路径成本2-1
根网桥发送根路径成本为0的BPDU
STP使用BPDU计算根路径成本2-2
其他交换机接收到根网桥的BPDU后，在根路径成本上添加接收接口的路径成本，然后转发
生成树端口的状态
生成树计时器
STP状态机
在STP选举过程中，端口是不能转发用户数据的。端口一开始处于阻塞状态，这个状态只能接收BPDU；
一个接口20秒没收到BPDU，也就是到了最大时间，端口会进入侦听状态，这时接口可以接收BPDU，并开始发送BPDU；
发送15秒的BPDU，接口将会为转发用户数据做准备，也开始学习MAC 地址，这个状态叫学习状态；
再经过15秒的学习后，端口进入转发状态，转发状态是一个正常的接口。
spanning-tree设置
STP（Spanning-Tree Protocol）
在上图所示的网络环境中，当交换机之间连有多条链路时，将存在一定的问题，如SW1的MAC地址表中会显示接口F0/1与主机A相对应，而当数据发往SW2后，SW2的MAC地址表则记录接口F0/23与主机A相对应，当SW2再次将流量从接口F0/24发回SW1时，SW1的MAC地址表又会记录接口F0/24与主机A相对应。
因此可以看出，当交换机之间存在多条活动链路时，交换机将从不正常的接口上学习到MAC地址，导致MAC地址表的不正确与不稳定，并且还会导致重复的数据包在网络中传递，引起广播风暴，使网络不稳定。
为了防止交换机之间由于多条活动链路而导致的网络故障，必须将多余的链路
置于非活动状态，即不转发用户数据包，而只留下单条链路作为网络通信，当唯一的活动链路不能工作时，再启用非活动链路，从而达到网络的冗余性。要实现此功能，需要依靠生成树协议（STP）来完成，STP将交换网络中任何两个点之间的多余链路置于Blocking（关闭）状态，而只留一条活动链路，当使用中的活动链路失效时，立即启用被Block的链路，以此来提供网络的冗余效果。
STP并非思科私有协议，STP为IEEE标准协议，并且有多个协议版本，版本与协议号的对应关系如下：
Common Spanning Tree (CST)= IEEE 802.1D
Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP)= IEEE 802.1w
Per-VLAN Spanning-Tree plus (PVST+) = Per-VLAN EEE 802.1D
Rapid PVST+ = Per-VLAN IEEE 802.1w
Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP)= IEEE 802.1s
下面来详细介绍STP协议：
请观察如下网络环境：
在如上所示的网络环境中，不难看出，当所有主机都使用单条链路与一台核心相连时，只要不再增加其它额外设备与链路，就不可能存在环路。交换机就当相于Hub一样连接了多台主机，而这样的网络结构，被称为hub-spoke网络结构，只要主机与Hub是连通的，那么就表示主机之间是连通的。基于此原因，STP借助了hub-spoke网络结构无环的网络思想，将一个拥有多台交换机通过多条链路相连的网络，通过Block掉任意两点之间多余的链路而只留下单条链路，最终修整出一个hub-spoke的网络环境，创造一个无环的交换网络。
