华为交换机 STP 协议

环路问题

为了提高网络的可靠性，交换网络中通常会使用冗余链路。然而，在冗余链路中会给交换网络带来环路风险，并导致广播风暴以及MAC地址表不稳定等的问题，进而影响到用户的通信质量。生成树协议STP（Spanning Tree Protocol）是一种由交换机运行的、用来解决交换网络中环路问题的数据链路层协议。

STP原理

在一个具有物理环路的交换网络中，交换机通过运行STP协议，自动生成一个没有环路的工作拓扑。该无环工作拓扑也成为STP树，当网络拓扑发生变化时，STP树也会自动地发生相应的改变。简言之，有环的物理拓扑提高了网络连接的可靠性，而无环的工作拓扑避免了广播风暴、MAC地址表震荡。

在学习STP树之前，需要先了解几个基本术语：桥、桥的MAC地址、桥ID、端口ID；

桥（Bridge）：早期的交换机一般只有两个转发端口，所以那时的交换机常常被称为“网桥”，或简称成“桥”。后来“桥”这个术语一直沿用至今，但并不是指只有两个转发端口的交换机了，而是泛指具有任意多端口的交换机。目前“桥”和“交换机”这两个术语是可以混用的。

桥的MAC地址（Bridge MAC Address）：我们知道一个桥有多个转发端口，每个端口有一个MAC地址。通常，我们把端口编号最小的那个端口的MAC地址作为整个桥的MAC地址。

桥ID（Bridge Identifier，BID）：一个桥（交换机）的桥ID由两部分组成，即：桥优先级 + 桥的MAC地址；其中桥优先级的值可以人为设定，默认值为0x8000（相当于十进制的32768）。取值范围是0~65535。

端口ID（Port Identifier，PID）：一个桥（交换机）的某个端口的端口ID由两部分组成，即：端口优先级 + 端口编号；端口优先级的值是可以人为设定的。不同厂商的设备对于两部分所占用的字节数可能有所不同。

STP树生成过程

首先选举根桥（Root Bridge），然后每个非根交换机选举一个根端口（Root Port，RP）和每条链路选举一个指定端口（Designated Port，DP），最后阻塞备用端口（Alternate Port，AP）

1、选举根桥

根桥是STP树的根节点，要生成一课STP树首先要确定出一个根桥。当运行STP协议的交换机（简称为STP交换机）会相互交换STP协议帧，这些协议帧的载荷数据被成为BPDU（Bridge Protocol Data Unit，网桥协议数据单元）。STP交换机初始启动之后，都会认为自己是根桥。并在发送给其他交换机的BPDU中宣告自己是根桥。当交换机从网络中收到其他设备发送过来的BPDU时，会比较BPDU中指定的根桥BID和自己的BID，交换机不断地交互BPDU同时进行比较，直至最终选举出一台BID值最小的交换机作为根桥。

 如图，交换机SW1、SW2、SW3都使用了默认的桥优先级32768。显然SW1的BID最小，所以最终SW1将被选举为根桥。 

2、确定根端口

根桥确定后，其它没有成为根桥的交换机都被成为非根桥（或非根交换机）。一台非根桥设备上可能会有多个端口与网络相连，为了保证从某台非根桥设备到根桥的工作路径是最优且唯一的，就必须从该非根桥设备的端口中确定出一个被成为 "根端口" 的端口，由根端口来作为非根桥设备与根桥设备之间进行报文交互的端口。一台非根桥设备上最多只能有一个根端口。

非根桥在选举根端口时分别依据该端口的根路径开销、对端BID、对端PID和本端PID。一个运行STP协议的网络中，我们将某个交换机的端口到根桥的累计路径开销（即从该端口到根桥经过的所有链路的路径开销的和）称为这个端口的根路径开销（Root Path Cost，RPC）。链路的路径开销（Path Cost）与端口速率有关，端口转发速率越大，则路径开销越小。端口速率与路径开销的对应关系如下表所示： 

如图：SW2 的1端口跟SW3的1端口是根端口，因为这2个端口到根桥路径开销最小