什么是STP
STP（Spanning Tree Protocol）是一个用于局域网中消除环路的协议，它的标准是IEEE 802.1D。STP通过将部分冗余链路强制为阻塞状态，其他链路处于转发状态，将环形网络结构修剪成无环路的树形网络结构，可实现消除环路。当处于转发状态的链路不可用时，STP重新配置网络，并激活合适的备用链路状态，恢复恢复网络连通性。
为什么需要STP
在一个复杂的网络环境中，由于冗余备份的需要，网络设计者都倾向于在设备之间部署多条物理链路，其中一条作主用链路，其他链路作备份，偶然或必然中都会导致环路产生。环路会产生广播风暴，最终导致整个网络资源被耗尽，网络瘫痪不可用。环路还会引起MAC地址表震荡导致MAC地址表项被破坏。
STP技术可以有效的解决环路问题，将彼此交互信息发现网络中的环路，将部分冗余链路强制为阻塞状态，其他链路处于转发状态。最终将环形网络结构修剪成无环路的树形网络结构，从而防止报文在环形网络中不断增生和无限循环，避免设备由于重复接收相同的报文造成处理能力下降。
三要素选举
从环形网络拓扑结构到树形结构，总体来说有三个要素：根桥、根端口和指定端口。
根桥
对于一个STP网络，根桥在全网中只有一个，它是整个网络的逻辑中心，但不一定是物理中心。在进行根桥的选择时，一般会选择性能高、网络层次高的交换设备作为根桥。根桥会根据网络拓扑的变化而动态变化。在配置STP过程中，建议手动配置根桥和备份根桥。请配置最核心的交换设备为根桥，以保证STP二层网络的稳定性，否则新接入设备可能会触发STP根切换，从而导致业务短暂中断。
根端口
去往根桥路径开销最小的端口，根端口负责向根桥方向转发数据，这个端口的选择标准是依据路径开销判定。在一台设备上所有使能STP的端口中，根路径开销最小者，就是根端口。很显然，在一个运行STP协议的设备上根端口有且只有一个，根桥上没有根端口。
指定端口
指定桥向本设备转发配置消息（BPDU报文）的端口或者指定桥向本网段转发配置消息的端口，具体含义如下表所示：
| 分类 | 指定桥 | 指定端口 |
|---|---|---|
| 对于一台设备而言 | 与本机直接相连并且负责向本机转发配置消息的设备 | 指定桥向本机转发配置消息的端口 |
| 对于一个局域网而言 | 负责向本网段转发配置消息的设备 | 指定桥向本网段转发配置消息的端口 |
如下图所示
AP1、AP2、BP1、BP2、CP1、CP2分别表示设备S1、S2、S3的端口。
- S1通过端口AP1向S2转发配置消息，则S2的指定桥就是S1，指定端口就是S1的端口AP1。
- 与局域网LAN相连的有两台设备：S2和S3，如果S2负责向LAN转发配置消息，则LAN的指定桥就是S2，指定端口就是S2的BP2。
STP的实现过程
STP的基本实现过程如下：
- 选择根网桥：网络初始化时，网络中所有的STP设备都认为自己是“根桥”，根桥ID为自身的设备ID。通过交换BPDU消息，设备之间比较根桥ID，网络中根桥ID最小的设备被选为根桥。根桥上的所有端口都是转发状态。
- 选择根端口：非根桥设备将接收最优配置消息的那个端口定为根端口，根端口也是处于转发状态。
- 选择指定端口：设备根据根端口的配置消息和根端口的路径开销，为每个端口计算一个指定端口配置消息，然后将计算出的配置消息与角色待定端口自己的配置消息进行比较。
- 如果计算出的配置消息更优，则该端口被确定为指定端口，其配置消息也被计算出的配置消息替换，并周期性地向外发送；
- 如果该端口自己的配置消息更优，则不更新该端口的配置消息并将该端口阻塞。该端口将不再转发数据，且只接收不发送配置消息。
一旦根桥、根端口和指定端口选举成功，整个树形拓扑就建立完毕了。在拓扑稳定后，只有根端口和指定端口转发流量，其他的非根、非指定端口都处于阻塞（Blocking）状态，它们只接收STP协议报文而不转发用户流量。
STP vs RSTP vs MSTP
STP包含两种含义：
- 狭义的STP是指IEEE 802.1D中定义的STP协议。
- 广义的STP包括IEEE 802.1D中定义的STP、IEEE 802.1W中定义的快速生成树协议RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol）和IEEE 802.1S中定义的多生成树协议MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol）。
目前，生成树协议支持如下：
- STP是基础的数据链路层的管理协议，用于二层网络的环路检测和预防。但是，STP拓扑收敛速度慢。
- RSTP在STP基础上进行了改进，实现了网络拓扑快速收敛。但RSTP和STP还存在同一个缺陷：局域网内所有的VLAN共享一棵生成树，不能按VLAN阻塞冗余链路，所有VLAN的报文都沿着一棵生成树进行转发。
- MSTP通过设置VLAN映射表（即VLAN和生成树实例的对应关系表），把VLAN和生成树实例联系起来。同时它把一个交换网络划分成多个域，每个域内形成多棵生成树实例，生成树实例之间彼此独立。MSTP提供了数据转发的多个冗余路径，在数据转发过程中实现VLAN数据的负载均衡。
生成树协议中，MSTP兼容RSTP、STP，RSTP兼容STP。三种生成树协议的比较如下表所示。
| 生成树协议 | 特点 | 应用场景 |
|---|---|---|
| STP | 形成一棵无环路的树，解决广播风暴并实现冗余备份。收敛速度较慢。 | 无需区分用户或业务流量，所有VLAN共享一棵生成树。 |
| RSTP | 形成一棵无环路的树，解决广播风暴并实现冗余备份。收敛速度快。 | |
| MSTP | 形成多棵无环路的树，解决广播风暴并实现冗余备份。收敛速度快。多棵生成树在VLAN间实现负载均衡，不同VLAN的流量按照不同的路径转发。 | 需要区分用户或业务流量，并实现负载分担。不同的VLAN通过不同的生成树转发流量，每棵生成树之间相互独立。 |
实验
首先奉上完整拓扑（已配置好）戳我🌹
拓扑图
为了模拟STP，我在两台交换机之间做了链路聚合来模拟网络环路
首先STP是默认开启的，我们配置好三层VLAN后，pc1是能ping通pc4的
现在我们将LSW1的STP关掉
<LSW1-Group-1>
<LSW1-Group-1>sy
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.
[LSW1-Group-1]stp dis
[LSW1-Group-1]stp disable
Warning: The global STP state will be changed. Continue? [Y/N]y
Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.
[LSW1-Group-1]
现在再用pc1 ping pc4
ping不通了，因为网络产生环路
本文完
敬爱与明天🌹