生成树协议
产生的原因：企业网三层架构 — 冗余（备份） — 线路冗余 — 二层桥接环路
导致问题：
广播风暴
MAC地址表翻滚：在一台交换机上，同一个MAC地址只能映射唯一的接口，但同一个接口可以映射多个不同的MAC地址。
同一数据帧的重复拷贝
以上3个条件最终导致设备工作过载，导致重启保护。
STP生成树的目的是为了解决环路问题。
生成树协议 STP（Spanning Tree Protocol）是用于以太网网络中避免环路并确保冗余路径可靠性的网络协议。当网络中存在多条路径连接交换机时，如果不加控制地使用所有路径，可能会导致数据包在网络中形成环路，从而引发广播风暴和网络拥塞。生成树协议通过选择一个主路径，关闭其他冗余路径，以实现环路的消除和网络稳定性的保障。
STP的一个重要应用是生成生成树，它是一个无环的网络拓扑，使得网络中的所有交换机形成一个树状结构。这有助于防止环路，并确保数据包能够在网络中有效的传输。
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，来实现线路备份的效果。
生成树在生成过程中，应该尽量的生成一棵星型结构，且最短路径树。
存在算法：802.1D PVST PVST+(CISCO) RSTP(802.1W) MSTP(802.1S)
一 802.1D
一个交换网络内仅存在一棵生成树实例。
交换机间使用BPDU —— 桥协议数据单元（交换机间沟通互动收发的数据）
配置BPDU
配置BPDU只有根网桥可以发送，在交换网络初始状态时，所有交换机均定义本地为根网桥，进行BPDU的发送。使得网络中所有交换机均收到其他设备的BPDU，之后基于数据中的参数进行比对，选举出根网桥。之后所有非根网桥不再发送BPDU，而是仅接收和转发根网桥的BPDU。周期2s发送，hold time 20s。
TCN
TCN — 拓扑变更消息（也是BPDU）：当本地交换机链路故障后，STP将重新收敛，为了快速刷新全网所有交换机的MAC表，将向本地所有STP接口发送TCN（标记位中的TCN位置为1），邻居交换机收到TCN后，先标记为ACK位为回复，用于可靠传输消息。之后将TCN逐级转发到根网桥处，由根网桥回复TC消息来逐级回复到所有交换机。使所有交换机临时将MAC表的老化时间修改为15s（默认的，转发延时）。
选举
-
根网桥
-
根端口
-
指定端口
-
非指定端口（阻塞端口）
【1】根网桥 —— 在一棵生成树实例中，有且仅有一台交换机为root。
作用：周期的发送BPDU，计算整棵树形结构，保活和指挥整颗树的收敛。
选举规则：由BPDU中的桥ID（BID）来决定
BID = 网桥优先级（0-65535，默认32768） + MAC地址（只有存在SVI接口的交换机才拥有MAC地址，若存在多个MAC选数值最小的）
透明交换机无MAC地址，自然不支持生成树协议。
支持STP的交换机一定支持SVI技术。SVI技术可以让交换机配置IP地址，成为源或目标设备，出厂时会携带MAC地址，STP可以借用该MAC地址。
根网桥的选举：先比较优先级，小优。若优先级相同，比较MAC地址，小优。
【2】根端口 —— 在每一台非根网桥上，有且仅有一个根端口。本地离根网桥最近的接口。
作用：接收来自根网桥的BPDU，转发用户的流量（该接口不阻塞）。
选举规则：
-
比较从根网桥发出后，通过该接口进入时最小的cost值。
-
当入向cost值相同，比较该接口对端设备的BID，小优。
-
当对端BID也相同，比较该接口对端设备的接口的PID，优先级小优。若优先级也一致，编号小优。
-
当对端PID也相同，比较本地PID，小优。
cost值：不同带宽存在不同cost
802.1D标准：10M=100 100M=19 1000M=4 10000M=2 100000M=1
802.1T标准：1000M=20000 100M=200000
[SWA]stp pathcost-standard ? 华为默认使用802.1T标准
dot1d-1998 IEEE 802.1D-1998
dot1t IEEE 802.1T
legacy Legacy
PID（端口ID）：PID = 接口优先级（0-240，步长16，默认128）+ 接口编号
【3】 指定端口 —— 在每一段存在STP的物理链路上，有且仅有一个。
作用：转发来自根网桥的BPDU，同时可以转发用户流量。
选举规则：
-
比较从根网桥发出后，通过该接口进入这段链路时的cost值（出向），小优。
-
当出向cost值相同，比较本地的BID，小优。
-
当本地BID也相同，比较本地的PID，小优。
-
当本地PID也相同，则直接阻塞该端口。
一个规律：默认根网桥上所有接口均为指定端口，根端口的对端均为指定端口。
【4】非指定端口（阻塞端口）—— 当以上所有角色全部选举完成后，剩余没有任何角色的接口为非指定端口。
作用：该接口逻辑阻塞，实际可以接收到信息，但不转发。
注意：生成树协议中，至少应该将根网桥干涉到汇聚层处。
接口状态：
-
down：没有BPDU收发，一旦可以进行BPDU收发进入下一状态。
-
侦听：强制15s，所有交换机进行BPDU收发，选举所有角色，接口角色为非指定端口的直接进入阻塞状态。若为指定端口和根端口进入下一状态。
-
学习：强制15s，指定端口和根端口学习所有接口连接设备的MAC地址，生成MAC表，之后进入下一状态。
-
转发：指定端口和根端口进入，可以转发用户报文。
-
阻塞：逻辑阻塞。
注：只有到接口进入转发状态后，才能转为用户发数据报文，之前的30s不能转发任何数据。
802.1D算法的收敛时长：
初次收敛 30s = 15s侦听 + 15s学习
结构变化：
存在直连检测：本地仅存在一个阻塞端口，若其他端口断开，该阻塞端口马上进入15s侦听（选举）。结果若为启用，那么将再进入15s学习，共30s。
没有直连检测：本地不存在阻塞端口，若某个端口断开，将发送次优BPDU（以本地为根）给其他邻居交换机，其他交换机无视该数据，进行20s hold time计时，之后阻塞接口进入15s侦听，15s学习，总共50s。
802.1D缺点：
-
收敛慢
-
链路利用率低
802.1D配置命令：
[sw1]stp mode stp 修改为802.1d算法，华为默认为MSTP
[sw1]stp priority 4096 修改网桥优先级
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp cost ? 修改接口cost值
INTEGER<1-200000000> Port path cost
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp port priority ? 修改接口优先级
INTEGER<0-240> Port priority, in steps of 16
二 PVST
PVST是思科私有的，基于vlan的生成树协议。
在每个vlan内，存在一棵树，每个树的工作原理同802.1D一致，不同vlan的BPDU区别在于优先级不同。
将不同vlan的根网桥放置与不同汇聚层设备处，可以实现所有链路均在部分vlan可通讯，且互为备份。
优先级 = 4096倍数 + VLAN ID
人为可修改4096倍数备份，且只能修改为4096的整倍。
缺点：
-
树多（Cisco设备使用专用的芯片处理stp流量）
-
仅支持trunk干道封装为ISL（Cisco私有封装）不支持802.1Q封装
-
收敛慢
三 PVST+
在PVST的基础，兼容802.1Q的trunk封装，且设计了部分的加速。
-
端口加速：接入层连接用户的接口，不需要30s。
-
上行链路加速：针对直连检测条件下的端口阻塞，直接进入转发状态，上行链路加速，不需要30s。上行链路加速仅在接入层设备上配置，因为配置后，该交换机将自动加大本地的网桥优先级。
-
骨干加速：针对次优BPDU，骨干加速所有交换机均可配置，针对接收到次优BPDU的阻塞端口可以跳过20s的 hold time。
缺点：
-
收敛慢（加速不彻底）
-
树多（仅Cisco存在单独的芯片，友商无法负荷）
-
协议私有
四 快速生成树
思科私有RSTP，基于vlan的快速生成树（一个vlan一棵树，pvst+的升级版）
公有RSTP（802.1W）整个交换网络一棵树，802.1D的升级，快速与思科的RSTP一致
快速的原理：
-
取消了计时器，而是在一个状态工作完成后，直接进入下一状态。
-
分段式同步，两台设备间逐级收敛，使用请求和同意标记，依赖标记位的第1和第6位。
-
BPDU的保活6s，hello time 2s。
-
将端口加速（边缘接口）、上行链路加速、骨干加速集成了。
-
兼容802.1D和PVST，但802.1D和PVST没有使用标记位中的第1-6位，故不能快速收敛。因此如果网络中有一台设备不支持快速收敛，那么其他开启快速收敛的设备也不能快速。
配置：
当TCN消息出现时，不需要等待根网桥的BPDU，就可以刷新本地的MAC表。
注意：接口默认为半双工时，即便允许RSTP，依然是基于慢速的802.1D算法来收敛。
[sw1]stp mode rstp
边缘接口：用于连接PC的接口，一旦被设定为边缘接口，将不再进行BPDU的发送，且不进行STP的收敛，直接为转发状态。但若该接口收到了对端的BPDU，将失去边缘特性，重新正常收敛。
配置
[sw1]interface GigabitEthernet 0/0/1
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp edged-port enable
[sw1]stp priority ? 修改网桥优先级
INTEGER<0-61440> Bridge priority, in steps of 4096
[sw1]stp root ? 快速定义根网桥角色
primary Primary root switch
secondary Secondary root switch
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp port priority ? 修改接口优先级
INTEGER<0-240> Port priority, in steps of 16
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp cost ? 修改接口cost
INTEGER<1-200000000> Port path cost
五 基于组的快速生成树（重要）
MSTP（802.1S）—— 基于组的快速生成树的协议，一个组为一颗树，一个组管理多个vlan。
华为设备默认使用该协议，继承了快速生成树的基础，将多个vlan放置于一个组内，基于每个组一棵生成树。
不同组间的BPDU中优先级 = 4096倍数 + 组号
[r1]stp mode mstp
默认存在组0，且所有vlan默认处于该组，优先级=32768+0
分组
[sw1]stp enable
[sw1]stp region-configuration
[sw1-mst-region]region-name a 所有设备应在一个组内
[sw1-mst-region]instance 1 vlan 1 to 5
[sw1-mst-region]instance 2 vlan 6 to 10
[sw1-mst-region]active region-configuration 激活当前配置（必须配置该指令）
注意：若将创建某个组，但该组内的vlan，在本交换机上没有创建，同时没有为该vlan服务的接口，该组将没有任何信息，整个交换网络中所有设备的分组信息必须完全一致。
定义本地为组1 的主根，组2 的备份根
stp instance 1 root primary 优先级修改为0
stp instance 2 root secondary 优先级修改为4096
修改网桥优先级
[sw1]stp instance 1 priority ?
INTEGER<0-61440> Bridge priority, in steps of 4096
修改端口开销
[sw1]interface GigabitEthernet 0/0/1
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp instance 1 cost ?
INTEGER<1-200000000> Port path cost
修改端口优先级
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp instance 1 port priority ?
INTEGER<0-240> Port priority, in steps of 16
生成树最重要的干涉：
-
根网桥的位置 —— 汇聚层
-
连接AP的交换机 —— 调整优先级（防止成环时阻塞AP）
