摘要：在网络中，为了提高可靠性，往往会在交换机之间设置冗余链路。然而，冗余链路可能会导致网络环路，引发广播风暴等问题，造成网络性能急剧下降甚至瘫痪。所以，生成树协议（Spanning Tree Protocol，STP）是一种用于以太网网络中的网络协议，其目的就是在
在网络中，为了提高可靠性，往往会在交换机之间设置冗余链路。然而，冗余链路可能会导致网络环路，引发广播风暴等问题，造成网络性能急剧下降甚至瘫痪。所以，生成树协议（Spanning Tree Protocol，STP）是一种用于以太网网络中的网络协议，其目的就是在具有冗余链路的网络中，自动构建一个无环的网络拓扑结构，确保网络稳定运行。
一、工作原理
根桥选举
网络中的交换机通过交换桥协议数据单元（BPDU）来选举根桥。根桥的选择主要基于交换机的桥优先级（可配置，默认 32768）和 MAC 地址，优先级低且 MAC 地址小的交换机将成为根桥。
确定根端口
非根桥交换机需要确定根端口。根端口是该交换机上到根桥路径成本最低的端口，路径成本取决于链路带宽，带宽越高成本越低。确定根端口时还会考虑发送方桥 ID 和端口 ID 等因素。
确定指定端口
在每个网段上，会确定一个指定端口，它负责在该网段转发数据到根桥。指定端口通常是所在交换机桥优先级高且路径成本低的端口。
阻塞非根非指定端口
既不是根端口也不是指定端口的端口将被阻塞，以防止形成环路。被阻塞的端口不转发数据，但会监听网络状态，以便在网络拓扑变化时能及时切换角色。
二、应用场景
生成树协议广泛应用于企业局域网、园区网等存在交换机冗余链路的网络环境中，确保网络在有冗余备份的情况下不会因环路问题而出现故障。
这是一个包含三台交换机（Switch0、Switch1、Switch2）和两台 PC（PC0、PC1）的网络拓扑图，用于演示生成树协议（STP）的工作原理。
1. 根桥选举
依据：生成树协议首先会选举根桥。根桥的选举依据是交换机的桥优先级和 MAC 地址。桥优先级是一个可配置的参数，默认值为 32768，数值越小优先级越高。如果桥优先级相同，则比较交换机的 MAC 地址，MAC 地址最小的交换机将被选举为根桥。
本案例中：Switch1 被选举为根桥（Root Bridge），因为它的 MAC 地址（0000.2f9d.dael）在三台交换机中最小。
2. 根端口确定
非根桥交换机：在非根桥交换机（Switch0 和 Switch2）上，STP 协议会为每个交换机确定一个根端口。根端口是指在非根桥交换机上，离根桥最近的端口，它是该交换机通往根桥的最优路径。
确定因素：确定根端口涉及到对端口路径成本（Path Cost）、发送方桥 ID（Bridge ID of the Sender）和发送方端口 ID（Port ID of the Sender）等因素的综合考量。端口路径成本是根据链路的带宽计算得出的一个数值，带宽越高，路径成本越低。
本案例中
Switch0 的 G1/1 端口被确定为根端口，因为它是连接到根桥 Switch1 的端口，路径成本最低。
Switch2 的 G1/2 端口被确定为根端口，同样因为它是连接到根桥 Switch1 的端口，路径成本最低。
3. 指定端口确定
每个网段：在每个网段上，STP 协议会确定一个指定端口。指定端口是指在网段上负责转发数据到根桥的端口。
确定依据：对于连接到同一网段的多个端口，STP 会根据端口的路径成本、所在交换机的桥优先级等因素来确定指定端口。一般来说，路径成本最低、所在交换机桥优先级最高的端口会被选为指定端口。
本案例中
Switch0 的 G1/2 端口是指定端口，负责向 PC1 所在网段转发数据。
Switch1 的 G1/1 和 G1/2 端口都是指定端口，因为它是根桥，所有端口都是指定端口。
Switch2 的 G1/1 端口被阻塞（Block!），因为它既不是根端口也不是指定端口。
4. 端口状态
被阻塞端口：在完成根桥、根端口和指定端口的确定后，网络中剩余的那些既不是根端口也不是指定端口的端口，就会被 STP 协议阻塞。这些被阻塞的端口虽然处于逻辑上的 “关闭” 状态，不参与数据转发，但它们会持续监听网络状态，一旦网络拓扑发生变化，如根桥故障或链路故障，它们可以迅速转变角色，参与到新的生成树构建中。
本案例中：Switch2 的 G1/1 端口被阻塞，以防止网络环路。
5. 总结
生成树协议通过选举根桥、确定根端口、指定端口和阻塞非根非指定端口，构建出一个无环的网络拓扑结构，确保数据能够在网络中稳定、高效地传输，避免因环路而引发的广播风暴等灾难性后果。在本案例中，Switch1 为根桥，Switch0 和 Switch2 分别有根端口和指定端口，Switch2 的 G1/1 端口被阻塞，从而形成了一个无环的网络拓扑。
来源：小火说科技