STP生成树
概述：
STP（Spanning Tree Protocol）生成树协议将环形网络修剪成为一个无环的树型网络，避免报文在环形网络中的增生和无限循环。
一个集成网络难免会出现环路，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。同时，环路还会引起MAC地址表震荡导致MAC地址表项被破坏。
为了破除环路，产生了数据链路层协议STP，运行该协议的设备通过彼此交互信息发现网络中的环路，并有选择的对某个端口进行阻塞，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发送，避免形成广播风暴，避免设备由于重复接收相同的报文造成处理能力下降。
相关概念：
根桥（Root Bridge）：
相当于是树根。每个交换机运行STP，会产生桥ID，桥ID最小的为根桥。对于一个STP/RSTP网络，根桥有且只有一个，它是整个网络的逻辑中心，但不一定是物理中心。根据网络拓扑的变化，根桥可能改变。
BID（Bridge，ID桥ID）：
优先级+MAC地址。计算公式为：BID = 桥优先级 + MAC地址。通过比较桥ID的大小，可以选出STP中的根桥。先比较优先级，若优先级相同，则比较MAC地址。桥ID值越小，优先级越高，越有可能成为根桥。
PID（Port ID，端口ID）：
优先级+接口号。计算公式为：PID = 端口优先级 + 接口号。端口ID用于在STP中区分不同的端口，以便进行端口角色的选举和配置
BPDU（Bridge Protocol Data Unit，网桥协议数据单元）：
BPDU是STP的协议报文，STP正常工作的根本。STP交换机之间会交互BPDU报文，这些报文携带着一些重要信息，如桥ID、端口ID、根路径开销等。通过这些信息，STP会计算出网络的生成树，并选举出根桥、根端口、指定端口等关键角色。
RP（Root Port，根端口）：
非根桥交换机上连接根桥且到根桥开销最小的端口。根端口负责将流量和控制消息从下游交换机发送到根桥。在STP的生成树中，每个非根桥交换机都只有一个根端口。开销越小，越能成为根端口。
DP（Designated Port，指定端口）：
是网络中每个网段中转发配置BPDU的端口。每个网段有且只有一个指定端口。负责从根桥接收数据并转发给所连接的网段。同时，它也负责向根桥发送BPDU报文。路径开销和端口ID的组合值最小的端口成为指定端口。
AP（Alternate Port，预备端口）：
根接口RP的备份。当RP出现故障后，接替RP的工作。
BP（Backup Port，备份端口）：
与AP类似，BP是DP的备份。
端口状态
| 端口 | 目的 | 说明 |
| Disabled（禁止） | 处于关闭或未启用STP的状态 | 状态为Down |
| Blocking（阻塞） | 不能转发数据，但可以接收STP的BPDU信息 | 阻塞端口 |
| Listening（监听） | 若端口被选举为根端口或指定端口，它会转换到监听状态 | 过渡端口（15s） |
| Learning（学习） | 端口开始学习MAC地址，同时继续收发BPDU信息，但依旧不转发用户数据 | 防止临时环路 |
| Forwarding（转发） | 收发BPDU信息，学习MAC地址，并转发数据流量 | 根端口和指定端口会进入转发状态 |
BPDU报文格式
BPDU封装格式
BPDU被封装在以太网数据帧中，遵循IEEE 802.3标准。具体来说，BPDU的封装包括以下几个部分：
目的MAC地址：BPDU的目的MAC地址是组播地址01-80-C2-00-00-00，表示该帧是发送给网络中的所有STP交换机。
Length字段：指后续数据的字节长度，但不包括CRC（循环冗余校验）字节。
LLC头：逻辑链路控制（LLC）头部，其中目的服务访问点（DSAP）和源服务访问点（SSAP）的值通常为0x42，控制字段值为3。
BPDU报文头：随后是BPDU报文头，包含了STP协议的各种信息和参数。
BPDU报文内容
BPDU报文内容主要包括以下几个字段：
Protocol Identifier：协议标识符，值为0，占用2字节。
Protocol Version Identifier：协议版本标识符，STP为0，RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol，快速生成树协议）为2，MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol，多生成树协议）为3，占用1字节。
BPDU Type：BPDU类型，占用1字节。具体类型包括：
- 0x00：STP的配置BPDU。
- 0x02：RSTP BPDU或MSTP BPDU。
- 0x80：STP的TCN（Topology Change Notification，拓扑变化通知）BPDU。
Flags：网络拓扑变化标志，占用1字节。其中，最高位表示拓扑变化确认（TCA）标志，最低位表示拓扑变化（TC）标志。
Root Identifier：当前根桥的BID（Bridge Identifier，桥标识符），共占用8字节。前2个字节是网桥的优先级，后6个字节是网桥的MAC地址。
Root Path Cost：根路径开销，即从本端口到根桥的开销，占用4字节。
Bridge Identifier：发送者的BID，同样是前2字节是网桥优先级，后6字节是网桥MAC地址，共占用8字节。
Port Identifier：发送端口的PID（Port Identifier，端口标识符），占用2字节。
Message Age：标识BPDU的消息年龄，如果配置BPDU是根桥发出的，则Message Age为0。每经过一个桥，Message Age增加1，占用2字节。
Max Age：标识消息老化的年龄，即BPDU报文老化的时间，缺省值是20秒，可选范围是6-40秒，占用2字节。
Hello Time：发送两个相邻BPDU的时间间隔，缺省值是2秒，可配置的时间范围是1-10秒，占用2字节。
Forward Delay：控制Listening状态和Learning状态的持续时间，缺省值是15秒，可配置范围是4-30秒，占用2字节。
选举过程
选出根桥（Root Bridge）
STP开始时，网络中的每个桥（交换机）都会宣称自己是根桥，并广播自己的桥ID给网络中的其他桥。桥ID由桥优先级（默认为32768）和桥MAC地址组成。具有最低桥ID的桥会被选为根桥。
选出根端口（Root Port）
在每个非根桥上，STP会选择一个端口作为根端口，该端口是到达根桥的最短路径上的端口。STP会考虑路径成本（由端口速度和配置决定）和桥ID来确定哪个端口是最佳的根端口。
选出指定端口（Designated Port）
在生成树的每个网段（由两个桥之间的链路分隔开的部分）上，STP会选择一个端口作为指定端口。这个端口负责向该网段转发帧。选择指定端口的依据包括到达根桥的路径成本、发送者桥ID、发送者端口ID等。
4. 阻塞其他端口（Blocking Other Ports）
在选择了根端口和指定端口之后，STP会将非根桥上的其他端口置于阻塞状态（Blocking）。这些端口不参与帧的转发，但会监听网络中的STP消息，以便在需要时快速转换状态。
STP拓扑发生改变的原因
1、端口从forwarding状态过渡到disable或blocking状态。
2、非根桥如果从指定端口接收到TCN BPDU包，需要向根桥装发TCN BPDU包。
3、端口进入转发状态，并且本地已存在一个指端端口。
STP拓扑改变过程
检测拓扑变化：
- 当网络中的设备检测到拓扑变化时（如链路断开、设备故障等），会触发STP的重新计算过程。
- STP通过BPDU的交换来检测拓扑变化。BPDU分为两种：配置BPDU和TCN BPDU。
重新计算生成树：
- 在检测到拓扑变化后，STP会重新计算生成树拓扑，以确保网络的连通性和无环路。
- 这个过程包括重新选举根桥、根端口和指定端口，以及更新非指定端口的状态。
加速MAC地址表老化：
- 拓扑变化后，交换机中的MAC地址表可能包含过时的表项，这些表项会导致数据转发错误。
- STP通过发送TCN BPDU来加速MAC地址表的老化过程。根桥在收到TCN BPDU后，会在后续的配置BPDU中设置TC（Topology Change）标志位，通知下游设备将MAC地址表的老化时间从默认的300秒缩短为Forward Delay时间（默认为15秒）。
收敛过程：
- STP的收敛时间取决于多种因素，包括Max Age（BPDU的最大存活时间，默认为20秒）和Forward Delay（端口从监听状态到转发状态的延时，默认为15秒）。
- 在拓扑变化后，STP的收敛时间通常为Max Age加上两倍Forward Delay的时间，即大约50秒。
STP的基础配置命令
1、配置生成树工作模式
[huawei] stp mode { stp | rstp | mstp }交换机支持STP、RSTP和MSTP三种生成树工作模式，默认工作在MSTP模式
2、配置根桥
[huawei] 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、备份根桥
[huawei] stp root secondary配置当前设备为备份根桥。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4096，并且不能更改设备优先级。
4、配置交换机的STP优先级
[huawei] stp priority 32768缺省情况下，交换机的优先级取值为32768
5、配置接口的路径开销
[huawei] stp pathcost-standard { dot1d-1998 | dot1t | legacy }配置接口路径开销计算方法。缺省情况下，路径开销值的计算方法为IEEE 802.1t（dot1t）标准方法。同一网路内所有交换机的接口路径开销应使用相同的开销算法。
[huawei-GigbitEthernet0/0/1] stp cost 100设置当前接口的路径开销值。使用华为计算方法时参数cost取值范围是1～200000。使用IEEE 802.1d标准方法时取值范围是1～65535。使用IEEE 802.1t标准方法时取值范围是1～200000000。
6、配置接口优先级
[huawei-intf] stp priority 128配置接口的优先级。缺省情况下，交换机接口的优先级取值为128
7、启用STP/RSTP/MSTP
[huawei] stp enable使能交换机的STP/RSTP/MSTP功能。缺省情况下，设备此功能处于启用状态
STP配置例子
[Huawei]display stp
[Huawei]dis int vlan 1
[Huawei]display stp brief 