2.10.0 以太网 传统STP生成树（简介、工作方式）

作用：

STP（Spanning Tree Prortoco）生成树协议，它的出现解决了交换机网络环路的问题。

交换机网络中收到BUM帧的时候，将会进行泛洪的操作，而在环形的交换网络中，这种泛洪操作将会引起广播风暴！

广播风暴不仅会降低交换机的处理性能，还会造成MAC地址在不同端口之间替换，从而使得正常的数据也无法进行正常的转发，这种现象称为：MAC地址飘移。

BUM帧：广播帧(Broadcast)、未知单播帧(Unknow unicast)、组播帧(Multicast)

广播风暴：二层帧头中没有可以防止数据帧无限转发的字段，所以交换机收到广播帧后无限的进行转发从而产生广播风暴

细讲一下MAC地址飘移的过程：

在没有启动STP协议时的 “环形交换网络” 出现BUM帧：

• 当PC1访问PC2时，需要发送ARP请求对方地址，因此产生一个ARP广播帧发送到交换网络中。
• LSW收到广播帧，向LSW1、LSW3转发，LSW3收到广播帧后又向LSW2、LSW1转发，因此就陷入了无限转发ARP帧的情况。
• 因为无限转发的原因，LSW1不断的从e0/0/1、e0/0/2口收到PC1数据帧，因此PC1MAC地址也在e0/0/2、e0/0/1口上不断变化。
• 这种不断变化的现象就是MAC地址飘移

通过抓包可以看到交换设备不断的接收到ARP的广播帧

STP的工作方式：

STP生成树，如其名一般在逻辑上看开启了STP协议的交换网络就像一棵倒立的树状型。

在开启了STP协议的交换网络会根据选举的规则将环形网络的部分端口进行阻塞，破坏了环型也就防止了环路的产生。

以下是STP的选举规则：

1. 选举根桥（即STP生成树的根部）

   • 网络中选举根桥使用：设备优先级、MAC地址
   • 设备优先级默认为32768，优先级越小越优先
   • 优先级一样的情况下MAC地址小的更优先
   • 如图：LSW1的设备优先级更高，成为STP中的根桥

2. 选举根端口（选举出距离根桥最近的端口）

   • 基于选举出来的根桥，计算非根桥设备到根桥设备之间的距离，距离的总合叫作根路径开销RPC(Root Path Cost)。
   • 默认根桥的接口开销为0，通过接收根桥的STP BPDU时来判断距离根桥的远近。
   • 如图：根桥发送的STP BPDU中路径开销会累加“接收端口”的开销，最终开销越小，说明该端口就是根端口。

3. 选举指定端口

   • 默认情况下根桥所有端口都是指定端口
   • 非根桥设备的所有端口也是指定端口，但会因为端口选举的原因某些端口将会成为根端口、阻塞端口…

4. 选举阻塞端口

   • 当两台非根桥设备连接的对端都是指定端口时，将会进行阻塞其中一个端口
   • 阻塞规则：
   • （1）比较设备优先级+MAC地址，MAC地址和优先级越小，越是能成为指定端口
   • （2）比较端口优先级+端口序号，端口序号越小，优先级越大，越是能成为指定端口
     • 端口优先级默认128，
     • 端口优先级的表示（前4bit是接口优先级、低12bit是接口编号）
     • 128.22[默认优先级128，接口号e0/0/22]
     • 个别端口如eth-trunk接口会默认分配一个接口编号
     • 为什么端口优先级的步长是16？
     • 已知PID占位4个字节（16bit）
       • xxxx 0000，0000 0000
       • 前4bit为优先级，后12bit为端口编号
       • 当第4个x置1，以每8位为一组数，也就是0001 0000 = 16
       • 当第3个x置1，也就是0010 0000=32.0
   • （3）如果存在多台交换的时候，就需要结合根桥ROOT所在位置决定
   • 如图：因为LSW2的设备优先级更高，LSW3比不过设备优先级，所以其对应的端口将被阻塞。