生成树总结

STP介绍：
STP（Spanning Tree Protocol）生成树协议：工作在局域网的数据链路层，用于防止交换机冗余链路产生的物理环路问题（广播风暴、MAC地址翻摆、多帧复制等），同时能通过链路备份，在链路故障时自动切换及时恢复网络；
STP角色：
根桥：整个生成树的根节点，优先级最高；
指定桥：负责一个物理段上数据转发任务的网桥；
根端口（RP）：一个网桥上距离根桥最近的端口（根桥无根端口，非根桥有且仅有一个根端口）；
指定端口（DP）：指定桥上的端口（根桥的端口皆为指定端口）；
替换端口（AP）：根端口和指定端口做备份的端口（平时阻塞）；
STP工作过程：
一、角色确定
确定根桥：每个交换机起动STP服务，都会向外发送自己为根桥的BPDU报文，通过收到的BPDU比较桥ID（16位的桥优先级+48位的MAC地址），其中桥优先级默认为32768（可修改范围：0-65535）。如果比较收到的BPDU发现自己不是根桥，则不发送BPDU，直到所有交换机达成一致，认定唯一一个交换机为根桥；
（优先级越小越优先 > MAC地址越小越优先）
确定根端口：当确认自己不是根桥后便开始确定端口角色。当交换机多个端口同时接受到根桥的BPDU报文，会根据根路径开销即RPC（Root Path Cost）与接收端口的链路开销之和，最小的为根端口；
（根路径开销+链路开销越小越优先 > 发送BPDU的指定桥桥ID越小越优先 > 发送端口的端口ID越小越优先）
确定指定端口：确定根端口时选择最优，则次优的为指定端口；
阻塞替换端口：确定指定端口后，剩余的为替换端口且进行阻塞；
二、拓扑变化
当拓扑发生变化（端口断开或新的网桥加入等），会通过TCN BPDU报文进行快速收敛；
变化处通过根端口向上传递TCN BPDU（TCA置1）报文，根桥从指定端口向下传递TCN BPDU（TCA置1）报文，一层层确定，各网桥收到TCA为1的BPDU报文后，将MAC地址老化时间缩短为15s；
STP状态：
端口状态 说明
Disabled（禁用状态） 端口不转发数据帧，不学习MAC地址，不参与生成树计算
Blocking（阻塞状态） 端口不转发数据帧，不学习MAC地址，接收并处理BPDU，不向外发送BPDU
Listening（侦听状态） 端口不转发数据帧，不学习MAC地址，只参与生成树计算，接收并发送BPDU
Learning（学习状态） 端口不转发数据帧，学习MAC地址，参与生成树计算，接收并发送BPDU
Forwarding（转发状态） 端口正常转发数据帧，学习MAC地址，参与生成树计算，接收并发送BPDU
Listening：路由器开启时，所有端口处于该状态，并认为自己是根桥，每2s向外发送一次BPDU报文，如果收到桥ID更小的BPDU，则停止发送，直到扩撒完毕；
Bolcking：端口角色选举结束后，AP端口为此状态，持续15s（转发延迟），进入Learning状态；
Learning：学习MAC地址，经过15s（转发延迟）后进入Forwarding状态；
Forwarding：开始转发数据，接收并转发来自根桥的BPDU报文，维护拓扑（只有根桥发送BPDU，其他只进行转发）；
（当加入新的网桥时：端口状态为Learning状态，竞选根桥，竞选成功网络断开，失败则经过30s进行端口角色的计算）
STP的缺陷：
拓扑收敛慢，每个端口的计算需要经过至少30s才能进入Forwarding状态进行数据转发；
网络拓扑较大时，频繁的拓扑变化会导致TCN BPDU报文频繁发送，以至于MAC地址老化时间长期处于15s的时间；
不能提供负载均衡，AP端口处于Blocking状态，不能参与转发，浪费资源。