新华三H3CNE网络工程师认证—STP状态机与收敛过程

STP状态机就是交换机端口从"单身"到"热恋"再到"结婚"的完整心路历程，整个过程要经历5个心理阶段，防止"闪婚"导致网络环路！

随着二层网络拓扑结构的规模不断扩大，生成树协议（STP）的根桥及端口角色选举过程所耗费的时间将相应增加。此外，当网络中某台设备发生故障时，STP需要经历状态收敛的完整过程，此时数据帧的转发时机将面临不确定性。

为解决上述问题，STP在定义三种端口角色（根端口、指定端口、阻塞端口）的基础上，进一步引入了五种端口状态机制，分别为：阻塞（Blocking）、侦听（Listening）、学习（Learning）、转发（Forwarding）及禁用（Disabled）。该状态机通过严格控制端口状态的迁移顺序与时序，旨在确保网络在初始构建或拓扑变更后，能够逐步建立无环路的逻辑拓扑，并最终实现网络连通性的稳定恢复。

一、为什么要这么麻烦？—— 防"闪婚"惨案

如果交换机端口一接通就立即转发数据：

• 可能瞬间形成网络环路（像两个人同时表白造成误会）
• 引发广播风暴（像谣言在朋友圈无限转发）
• 导致MAC地址表震荡（像通讯录被频繁清空重写）

STP状态机的价值：通过5个状态的缓慢过渡，确保最终建立的是一条无环路的稳定婚姻关系！

二、STP五大心理状态——从单身到结婚

1、 禁用状态（Disabled）—— “拉黑删除”

表现：端口被管理员手动关闭（shutdown）或故障断开
心理活动：“完全不联系，就当没这个人！”
行为：不收发任何数据，不参与STP计算

2、阻塞状态（Blocking）—— “暗中观察”

表现：端口刚启动，只能接收BPDU（相亲简历），不能转发数据
心理活动：“先看看对方条件怎么样，但不急着交往”
时长：20秒（最大寿命计时器）
关键作用：防环路！ 在没确定关系前绝不转发数据

3、侦听状态（Listening）—— “互相了解”

表现：端口开始发送和接收BPDU，参与选举，但仍不转发数据
心理活动：“交换个人信息，看看适不适合结婚”
时长：15秒（转发延迟计时器）
选举结果：在这个阶段确定端口最终角色（根端口/指定端口/阻塞端口）

4、学习状态（Learning）—— “试同居”

表现：开始学习MAC地址表（记录设备位置），但仍不转发数据
心理活动：“记住对方的生活习惯，为共同生活做准备”
时长：15秒（第二个转发延迟计时器）
价值：避免刚开始转发时产生大量未知单播泛洪

5、转发状态（Forwarding）—— “正式结婚”

表现：端口正常收发数据，投入正常工作
心理活动：“关系稳定了，开始过日子！”
只有两种端口能进入此状态：

• 根端口（去往根桥的最优路径）
• 指定端口（链路上的主导端口）

状态名称	状态描述
禁用（Disable）	该接口不能收发BPDU，也不能收发数据帧，例如接口为down
阻塞（Blocking）	该接口被STP阻塞。处于阻塞状态的接口不能发送BPDU，但是会持续侦听BPDU，而且不能收发业务数据帧，也不会进行MAC地址学习
侦听（Listening）	当接口处于该状态时，表明STP初步认定该接口为根接口或指定接口，但接口依然处于STP计算的过程中，此时接口可以收发BPDU，但是不能收发业务数据帧，也不会进行MAC地址学习
学习（Learning）	当接口处于该状态时，会侦听业务数据帧（但是不能抓发业务数据帧），并且在收到业务数据帧后进行MAC地址学习
转发（Forwarding）	处于该状态的接口可以正常地收发业务数据帧，也会进行BPDU处理。接口的角色需是根接口或指定接口才能进入转发状态

三、完整收敛时间线——相亲时间表

从端口启动到最终转发，总共需要：
阻塞(20秒) + 侦听(15秒) + 学习(15秒) = 50秒

这个30-50秒的延迟就是STP收敛时间，虽然有点慢，但是为了网络稳定值得等待！

四、状态转换触发条件——什么情况下会"感情破裂"？

1、正常推进：

阻塞 → 侦听 → 学习 → 转发（按部就班谈恋爱）

2、感情破裂重新开始：

• 物理链路断开 → 立即退回禁用状态（像突然失联）
• 收到劣质BPDU → 可能退回阻塞状态（像发现对方撒谎）
• 最大寿命超时（20秒没收到BPDU）→ 认为对方变心，重新选举

拓扑变化-根桥故障

拓扑变化-直连链路故障

拓扑变化-非直连链路故障

拓扑改变导致MAC地址表错误

五、各状态行为总结表

状态	收BPDU	发BPDU	学MAC	转发数据	比喻
禁用	❌	❌	❌	❌	拉黑删除
阻塞	✅	❌	❌	❌	暗中观察
侦听	✅	✅	❌	❌	互相了解
学习	✅	✅	✅	❌	试同居
转发	✅	✅	✅	✅	正式结婚

六、现代改进版——快速STP（RSTP）

传统STP被吐槽"太磨叽"，于是出现了闪婚版RSTP：

• 端口状态简化为3种：丢弃、学习、转发
• 收敛时间缩短到1-2秒（像速配相亲）
• 增加端口角色：备份端口、替代端口，加快切换速度

建议：现代网络都用RSTP或MSTP，别用老古董STP！

七、STP的基础配置命令

1、配置生成树工作模式

[H3C]stp mode {stp | rstp | mstp }

交换机支持STP、RSTP和MSTP（Multiple Spanning Tree Pro）

2、（可选）配置根桥

[H3C]stp root primary

配置当前设备为根桥。缺省情况下，交换机不作为任何生成树的根桥。配置后该设备优先级数值自动为0，并且不能更改设备优先级。

3、（可选）备份根桥

[H3C]stp root secondary

配置当前交换机为备份根桥。缺省情况下，交换机不作为任何生成树的备份根桥。配置后该设备优先级数值为4096，并且不能更改设备优先级。

八、总结

1、STP状态五步走，防环稳定是高手

• 先阻塞（20秒观察期）

• 再侦听（15秒互了解）

• 后学习（15秒记MAC）

• 终转发（修成正果）

• 禁用态（彻底分手）

2、重要理念

"宁愿慢一点，也要稳一点" —— STP设计哲学
"现代网络要效率" —— 升级到RSTP/MSTP

记住这个婚恋流程：
单身(禁用) → 暗恋(阻塞) → 约会(侦听) → 试婚(学习) → 结婚(转发) ——
STP用50秒的"慢热"换取网络一辈子的"稳定婚姻"！