STP生成树协议基础

一、什么是生成树协议

生成树协议（Spanning Tree Protocol，简称STP）是一种工作在OSI模型的数据链路层的通信协议，主要用于防止交换机冗余链路产生的环路，确保以太网中无环路的逻辑拓扑结构，从而避免广播风暴和大量占用交换机资源的问题。生成树协议通过阻塞冗余链路，将网络修剪成树状结构，以达到消除环路的目的。同时，当活动路径发生故障时，生成树协议能够通过激活冗余链路来恢复通信，从而实现网络的高可用性和健壮性。这种协议在交换网络中尤其重要，因为冗余链路很容易形成环路，导致MAC地址表不稳定和广播风暴，严重影响网络性能。

二、工作原理

生成树协议通过传递一种特殊的协议报文——BPDU（Bridge Protocol Data Unit），来确定网络的拓扑结构。每个交换机都会发送和接收BPDU，以选出根桥（Root Bridge）、根端口（Root Port）和指定端口（Designated Port）。根桥是整个网络中桥ID（Bridge ID）最小的交换机，成为整个网络逻辑结构的核心。而根端口和指定端口则是根据路径开销、桥ID和端口优先级等参数选举出来的，这些端口会被置于转发状态，而非指定端口则被置于阻塞状态，以防止环路的形成。

三、生成树的分类

1.基本生成树协议（Basic Spanning Tree Protocol，简称STP）：这是最早提出的生成树协议，也是最基础的版本。它通过选举一个根桥，然后基于路径开销、桥ID和端口优先级等参数选举出根端口和指定端口，从而构建出一个无环的逻辑拓扑结构。STP在网络中广泛使用，但存在收敛速度较慢的问题。

2.快速生成树协议（Rapid Spanning Tree Protocol，简称RSTP）：为了解决STP收敛速度慢的问题，IEEE制定了RSTP标准。RSTP引入了多种机制来加快拓扑的收敛速度，如边缘端口（Edge Ports）、点对点链路（Point-to-Point Links）和BPDU过滤等。这些改进使得RSTP能够在较短的时间内达到稳定状态，适用于对网络稳定性要求较高的场景。

3.多生成树协议（Multiple Spanning Tree Protocol，简称MSTP）：MSTP是在RSTP的基础上发展而来的一种协议，它可以支持多个生成树实例，每个实例对应一个VLAN或一组VLAN。通过划分不同的生成树实例，可以实现负载均衡和网络资源的优化利用。MSTP通常用于大型网络环境中，需要处理大量VLAN流量的场景。

4.增强型多生成树协议（Per-VLAN Spanning Tree Plus，简称PVST+）：PVST+是Cisco公司开发的一种扩展版本的STP，它在单个交换机上支持多个VLAN，并允许每个VLAN拥有独立的生成树实例。这使得不同VLAN的流量可以按照不同的路径进行转发，提高了网络资源的利用率。PVST+常用于企业网络中，需要处理多个VLAN的场景。

5.多生成树实例（Multiple Spanning Tree Instances，简称MSTI）：MSTI是另一种扩展版本的STP，它允许在一个物理设备上创建多个逻辑设备，每个逻辑设备都有自己的生成树实例。这种技术主要用于数据中心环境，以实现更灵活的网络管理和资源分配。