• 广播风暴

• MAC地址表震荡

• 同一数据帧的重复拷贝

STP生成树

• 在一个二层交换网络中，生成一棵树型结构，逻辑的阻塞部分接口，使得从根到所有的节点仅存在唯一的路径，当最佳路径故障时，自动打开部分阻塞端口，来实现备份的作用。

• 运行STP的设备依据一定的准则选举一个树根节点作为网络中的根桥，其他节点为非树根节点

• 每一个非树根节点，会选择最优的路径和根桥相连，非树根节点上位于最优路径的端口，为该节点的根端口

• 两种特殊的网桥：
  • 根桥：整个生成树的根节点，由所有网桥中优先级最高的桥担任
  • 指定桥：负责一个物理段上数据转发任务的桥，有这个物理段上优先级最高的桥担任

• 根端口、指定端口和候补端口
  • 根端口（Root Port）指距离根桥最近的端口。根桥没有根端口，每一个非根桥有且仅有一个根端口
  • 指定端口（Designate Port）属于指定桥上的端口。根桥是所有网桥中中优先级最高的，他在其所连接的所有物理段上都是指定桥，所有通常情况才根桥的所有端口都是指定端口。
  • 候补端口（Alternate Port）既不是根端口也不是指定端口，他是用来为根端口或指定端口做备份的。从候补端口出发到达根桥的路径，是网桥到达根桥的备用路径，即最终需要阻塞的路径。

• 桥ID
  STP中每一个网桥都具有一个桥ID，用于在网络中唯一标识一个桥。根桥选择的依据就是桥ID，具有由最小桥ID的网桥即为网络中的根桥。
  • 在进行桥ID比较时，先比较桥优先级（优先级数值小为优），再比较桥MAC地址（MAC地址小为优）

• 路径开销（Path Cost）
  非根桥需要确定根端口，根端口的选择取决于端口到达根桥距离最近的端口为根端口，衡量距离远近，依据的是路径开销
  默认的路径开销取决于所遵循的路径开销标准和链路的带宽

• BPDU
  桥协议数据单元，用来交互协议信息，传递STP协议相关报文
  • BPDU分为如下两类：
    • 配置BPDU：是用来进行生成树计算和维护生成树拓扑的报文（传递stp的配置信息）
    • TCN BPDU：是当拓扑改变时，用来通知其他设备网络拓扑发生改变的报文（用于通告拓扑变更信息）

• 根桥选举

• 确定端口角色

• 在所有交换机中选举出一台作为根网桥（Root bridge）
  • 选举规则：
    • Bridge-id小的优先
  • Bridge-id：
    桥ID，BID，用来标识交换机的身份
    • 格式：
      • 优先级+Mac地址
      • 优先级默认32768，必须是4096的倍数

• 每台非根网桥（交换机）选举出一个根端口（Root Port）
  • 选举规则
    • 1.到达根网桥开销小的优先
    • 2.对端交换机BID小的优先
    • 3.端口id小的优先
  • 开销
    cost，代表路径耗费的代价和成本，带宽越大，开销越小

• 每个物理段上选举出一个指定端口（Designated port）
  • 选举规则:
    • 1.到达根网桥开销小的优先
    • 2.本机的BID小的优先
    • 3.端口id小的优先

• 剩下没有角色的端口就是阻塞端口（blocked port）

• 交换机端口状态
  • disable:禁用状态。被关闭的端口
  • Blocking：阻塞状态。接收BPDU，但不发送BPDU，不学习Mac地址，不转发数据
  • listening：监听状态。接收并发送BPDU，不学习MAC地址，不转发数据，持续15秒
  • learning：学习状态。接收并发送BPDU，学习MAC地址，不转发数据，持续15秒
  • Forwarding：转发状态。接收并发送BPDU，学习MAC地址，转发数据

• 1） 在交换网络中选举一个根桥（Root Bridge，简称RB）

• 2） 在每个非根桥上选举一个根端口（Root Port,简称RP）

• 3） 咋每个段中选举一个指定端口（Designated Port,简称DP）

• 4） 阻塞非指定端口（Non-Designated Port,简称NDP）
  这里的桥（Bridge），其实就是指交换机，由于交换机是由早期的网桥发展而来，因此在一些场合下，我们依然沿用“网桥”或者“桥”来称呼交换机

• 运行STP的交换机之间会交互一些非常重要的协议报文，该报文称为网桥协议数据单元（Bridge Protocol Data Unit，简称BPDU）。STP之所以能够正常工作并构建一个无环的网络，是依赖与BPDU报文的泛洪。要理解STP的工作过程，非常重要的一点就是要理解BPDU中各字段的含义，因为这些都是STP赖以工作的根本。BPDU报文包含的所有字段在后面会有所涉及，这里先关注几个重点字段（此处介绍的是BPDU中的一种关键类型：配置BPDU）：
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  • 桥ID（Bridge Identifier）
    • 在STP中，每一台交换机都有雨一个唯一的标识符，这个标识符就是桥ID，桥ID长度为8个字节，由两部分组成：2个字节的桥优先级和6个字节的桥MAC地址，其中优先级默认为32678，可以手工更改。而桥MAC地址为网桥的背板MAC（可以简单的理解为系统MAC）。交换机发送 的BPDU报文中，桥ID字段存放的就是自己的桥ID，而根桥ID字段存放的就是网络中根桥的桥ID
  • 根路径开销（Root Path Cost）
    • 根路径开销是一个用于度量接口到根桥的开销的值，交换机的接口到根桥的路径开销越小则被阻塞的可能性也就越小。
    • 根桥发送出来的BPDU中，根路径开销字段值都为0。当非根桥在某个接口上收到这个BPDU再进行STP计算的时候，会把该BPDU中所包含的根路径开销累加上收到该BPDU的接口的STP Cost，从而得到从该接口到达根的总路径开销。
    • STP接口Cost与接口的带宽有关，接口带宽越高，则接口的STP Cost越小。
    • 在上面的例子中，SW1是网络中 的根桥，因此他发送BPDU报文中Root Path Cost 字段为0，SW2在GE0/0/0收到这个BPDU后就可以进行相应的计算，他从GE0/0/0到达根桥的Root Path Cost等于自己接口的Cost加上所收到的BPDU报文中的Root Path Cost，结果就是1，随后SW2将这个BPDU转发给SW3，注意此时BPDU中的Root Path Cost被修改为1.SW3在收到这个BPDU并进行Root Path Cost计算的时候，Root Path Cost就等于自己FE0/0/0接口的Cost加上BPDU报文中的Root Path Cost，也就是11.
  • 端口Id（Port ID)
    • 端口ID（2字节）包含两部分：端口优先级（1字节）以及端口编号（1字节）。缺省时，优先级值为128，该值可以通过命令修改，取值范围是0-255，值越小越优。

• 生成树构造一个无环路拓扑时，总是使用相同的4步来判定（下面的信息都是BPDU中的字段）
  • Step1：最小的根桥ID
  • Step2：最小的根路径开销
  • Step3：最小的桥ID
  • Step4：最小的端口ID

• 在交换网络中选举一个根桥
  • 以上图所示的网络为例，我们在交换机上都开启了STP，初始情况下，所有的交换机都认为自己就是网络中的根桥，于是都向网络中泛洪配置BPDU，在各自发送的配置BPDU中，都声称自己就是根桥。经过PK之后，拥有最小桥ID的交换机胜出，成为这个交换网络真正的根桥。
  • 根桥的选举过程：首先比较桥优先级，优先值最小的交换机胜出，如果优先级相等，则在比较桥MAC地址，也是优选最小的值。所以在上图所示的例子中，SW1胜出成为根桥。
  • 根桥是STP计算得出的无环的拓扑（可以形象地理解为一棵树）的树根，STP后续的计算都是以这个树根作为参考点的。当然，在实际的项目中，我们通常是不会通过MAC地址的比较让交换机自己去选根桥的，为了网络的稳定和可控，一般会将核心交换设备配置为网络的根桥——将其优先级调为最小值，从而确保其成为根桥。

• 在每个非根桥上选举一个根端口
  • 在选举出根桥后，根桥仍然持续像网络中发送配置BPDU，而非根桥将持续不断地收到根桥发送的配置BPDU。STP计算过程的第二步是在每个非根桥上选择一个根端口，根端口是每台交换机上收到最优BPDU的端口。
  • 一台非根桥可能会有多个端口连接到交换网络，每个非根桥上必须选举一个根端口，而且只会选举一个根端口。当存在多个端口时，交换机在这些端口上都会收到配置BPDU，交换机会比较这些配置BPDU，然后选择比较结果最优的接口作为根端口，按照如下顺序比较：1）比较配置BPDU中的根桥ID字段，选择值小的；2）如果前者相等，则将配置BPDU中的根路径开销值读取出来，与收到该BPDU的接口Cost想加，比较相加后的值，选择值最小的；3）如果前者还相等，则比较配置BPDU中的桥ID字段；4）如果前者还相等，则比较端口ID字段。
  • 例如在上图中，SW3有两个接口接入到这个交换网络中：Port1及Port2，现在SW3要在二者之间选举一个根端口。SW3会从Port1和Port2都收到配置BPDU报文（从Port1收到的是SW1直接发送过来的，从Port2收到的是根桥SW1发往SW2，然后由SW2转发过来的），在报文中都有携带“桥ID，根路径开销、桥ID、端口ID”等关键字段，那么SW2就会进行Port1及Port2的PK，PK什么呢？先PK这两个端口到达根桥的根路径开销，优选值更小的，如果相等，则PK这两个接口收到的BPDU中的端口。很明显，这里Port1 到根的根路径开销更小，而从Port2到根呢，除了自己接口的开销还要累加上SW2的Port1 的开销。所以SW3上，Port1 成为了根端口。