1.简介
STP是局域网消除环路的协议，设备通过交互BPDU发现网络中的环路，并阻塞某些端口来消除环路，标准名称802.1D。
2.环路危害
广播风暴，二层网络环路会产生广播风暴导致整个网络资源耗尽，网络瘫痪不可用。
MAC地址表震荡（未知单播），二层网络拓扑频繁变化导致设备的MAC地址表震荡，影响数据转发。
3.STP作用
消除环路，通过阻塞冗余链路消除网络中可能存在的网络通信环路。
链路备份，当前活动的路径发生故障时，激活冗余备份链路，恢复网络连通性。
4.基本概念
Root Bridge：交换网络的逻辑中心，会根据网络变化而变化。
Bridge ID：桥优先级（16bit）+MAC地址（48bit）。
Port ID：端口优先级（4bit）+端口号（12bit）。
Root Path Cost：端口到根桥的路径开销。
5.STP端口状态
Disabled：禁用状态，端口状态为Down，不接收BPDU，不转发用户流量。
Blocking：阻塞状态，阻塞端口的最终状态，接收并处理BPDU，不转发用户流量。
Listening：侦听状态，接收并处理BPDU进行生成树角色选举，不转发用户流量。
Learning：学习状态，接收并处理BPDU进行MAC地址学习，不转发用户流量防止临时环路。
Forwarding：转发状态，根端口和指定端口的最终状态，既处理BPDU报文也转发用户流量。
6.计时器
Hello Time（2s）：发送配置BPDU的时间间隔，用于检测链路故障，网络稳定后只在根桥修改有效。
Forward Delay（15s）：Listening和Learning持续时间，保证拓扑变化消息传遍整个网络，防止临时环路。
Message Age：BPDU从根桥发送到当前桥的总时间，配置BPDU报文经过一个桥，Message Age加1。
Max Age（20s）：端口的BPDU报文老化时间，网络稳定后只在根桥修改有效，Message Age小于等于Max Age继续转发，Message Age大于Max Age老化。
7.STP报文
7.1.配置BPDU
端口使能STP，按照Hello Time时间间隔从指定端口发送配置BPDU。
根端口收到优先级比自己高的配置BPDU时，更新自己配置BPDU信息并从指定接口向下游发送。
指定端口收到比自己优先级低的配置BPDU时，立刻向下游设备发送自己的配置BPDU。
7.2.TCN BPDU
备份端口变为Forwarding状态，发送TCN BPDU到根桥。
指定端口收到TCN BPDU，复制TCN BPDU并发往根桥。
7.3.BPDU Type
7.4.Flags
第一个bit（左边、高位bit）表示“TCA（拓扑改变响应）”。
最后一个bit（右边、低位bit）表示“TC（拓扑改变）”。
8.STP
8.1.STP端口角色
根桥RB（Root Bridge）：Bridge ID最小的桥。
根端口RP（Root Port）：向根桥方向转发数据，同时还接收上游设备的BPDU报文。
指定端口DP（Designated Port）：向下游交换设备转发BPDU报文。
阻塞端口AP（Alternative Port）：只接收BPDU，但不发送BPDU，不转发用户流量。
8.2.STP角色选举
初始状态：每个桥都认为自己是根桥，向所有端口发送自己的配置BPDU。
选择根桥：交互配置 BPDU，桥ID最小的设备会被选举为根桥。
选择根端口：每一个非根桥设备选举一个根端口①根路径开销②对端BID③对端PID④本端PID。
选择指定端口：每一条物理链路选举一个指定端口①根路径开销②本端BID③本端PID。
阻塞预备端口：未被选举为根端口或指定端口的作为预备端口会被阻塞。
8.3.STP拓扑变更机制
1）网络拓扑发生变化后，下游设备会不间断地向上游设备发送TCN BPDU报文。
2）上游设备的指定端口收到TCN BPDU报文会给下游设备发送TCA置位的配置BPDU，告知下游设备停止发送TCN BPDU报文（其他端口收到TCN BPDU不会回复）。
3）上游设备复制一份TCN BPDU报文，向根桥方向发送。
4）根桥发送TC置位的配置BPDU，通知下游设备将MAC地址表的老化时间由300s改为15s，快速老化。
5）最多15s后，MAC地址表清空，重新开始MAC地址学习及数据转发。
9.STP的不足
未细分端口角色
从用户角度考虑，Listening、Learning和Blocking状态都不转发用户流量。
从配置角度考虑，端口之间的本质区别不在于端口状态，而在于端口扮演的角色。
时间机制
被动算法，依赖定时器判断拓扑变化，收敛速度慢。
配置BPDU处理
拓扑稳定后，只能由根桥发送配置BPDU，其他设备转发。
无法实现数据分流
所有VLAN共享一棵生成树，阻塞同一个接口。
10.附思维导图
