一、STP
1.产生背景
在星状拓扑或者树形拓扑中，当某个设备或者某条链路出现故障，就会导致数据不能正常转发，出现单点故障的问题。
为了防止出现单点故障，一般需要环形拓扑来保证链路的冗余性，当某条链路出现故障，可以通过另外一条路径转发，不影响业务的正常运行。
但是环形拓扑会导致一些问题出现：环路、广播风暴、和MAC地址表震荡等。为了解决性这些问题，可以通过生成树或者堆叠来实现。生成树通过阻塞端口的形式，来解决环路造成的一系列问题。
2.STP的作用
1.Stp通过阻塞端口来消除环路，并能够实现链路备份目的
2.消除了广播风暴
3.物理链路冗余，网络变成了层次化结构的网络
3.STP操作
1.选举一个根桥
2.每个非根交换机选举一个根端口
3.每个网段选举一个指定端口
4.阻塞非根，非指定端口
二、STP生成树
网桥的4个选举
根网桥：
有且仅有一台，且由BPDU中的桥ID来决定 桥ID= 网桥优先级（0-65535公有） 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）
根网桥的选举 先比较优先级，小优； 若优先级相同，比较mac，数值小优；
根端口：
在每台非根网桥上，有且仅有一个接口；本地离根网桥最近的接口（最短、星型），接收来自根网桥的BPDU，转发用户的流量（该接口不阻塞）
1、比较从根网桥发出后，通过该接口进入时最小的cost值；
2、入向cost值相同，比较该接口对端设备的BID，小优
3、对端BID也相同，比较该接口对端设备的接口的PID；先优先级小，若优先级一致，编号小
4、连对端PID也相同，比较本地PID，小优；
PID=端口ID 接口优先级（0-240，步长16，默认128） 接口编号
指定端口：
在每一段存在STP的物理链路上，有且仅有一个；转发来自根网桥的BPDU，同时可以转发用户流量（不阻塞）；默认根网桥上所有接口为指定端口；
1、比较从根网桥发出后，通过该接口进入这段链路时的cost值最小（出向）
2、若出向cost值相同，必须本地的BID，小优；
3、本地BID相同，比较本地的PID；
4、本地PID，相同，直接阻塞该端口；
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；
该接口逻辑阻塞，实际可以接收到信息，但不转发；
接口对端：即对该接口传输数据的上一个设备
cost值：不同带宽 存在不同cost
802.1d标准： 802.1T标准
10M = 100 1000M= 20000
100M=19 100M=200000
1000M=4
10000M=2
100000M=1
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：
指端端口和根端口进入，可以转发用户报文；
阻塞：
逻辑阻塞；
注：
只有到接口进入到转发状态后，才能为用户转发数据报文，之前的30s不能转发任何数据；收敛时间：
初次收敛—30s = 15侦听+15s学习
802.1D
一个交换网络内仅存在一棵生成树
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
根网桥只有一个，在交换机网络初始状态时，所以交换机都可以是根网桥，之后进行BPDU的发送后，基于数据中的参数进行对比，选出根网桥，之后其他非根网桥不再发送BPDU，只接受和转发BPDU 发送周期为 2s ，hold time 20s
TCN–拓扑变更消息
在本地交换机链路故障后，STP（生成树）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）
缺点
- 收敛慢
- 链路利用率低
802.1配置命令：
[sw1]stp mode stp 修改为802.1d算法，当下华为默认为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
PVST cisco私有 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；
- 优先级=4096倍数+vlan id 人为仅可修改4096倍数备份，且只能修改为4096的整倍
- 仅支持 trunk干道封装为ISL（cisco私有封装）
快速生成树
cisco的RSTP --- 基于vlan的快速生成树 - 一个vlan一棵树 pvst+的升级
公有RSTP（802.1w） --- 整个交换网络一棵树 802.1d的升级
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的保活为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；
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cam表；
切记:接口默认为半双工时，即便允许RSTP，依然基于慢速的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；
[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
MSTP/MST/802.1S 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）
切记：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
[sw1]stp instance 1 priority ?
INTEGER<0-61440> Bridge priority, in steps of 4096
[sw1]interface GigabitEthernet 0/0/1
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp instance 1 cost ?
INTEGER<1-200000000> Port path cost
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp instance 1 port priority ?
