STP（生成树协议）详解：原理与选举过程
STP（生成树协议）详解：原理与选举过程
STP（生成树协议）是一种用于管理网络中冗余链路的协议，通过将物理上存在环路的网络修剪成逻辑上无环的树形结构，有效解决了广播风暴、多帧复制和MAC地址表紊乱等问题。本文将详细介绍STP的工作原理及其选举过程。
1. 冗余链路
在大型网络架构中，对网络冗余性的要求越来越高。然而，当设置了链路冗余后，容易引发广播风暴、多帧复制、MAC地址表震荡等一系列问题，严重时甚至会导致网络瘫痪。
2. 冗余链路存在的问题
广播风暴：是指一个数据包或帧被转发传送到本地网段上的每个节点的过程，大量这样的数据将导致通信链路拥塞。
多帧复制：也被称为重复帧传送，是指单播的数据帧被多次复制传送到接收端，同一帧数据被多次复制并传输，可能是由网络设备故障、链路问题或传输错误等因素引起的。
MAC地址表紊乱：指在网络交换设备中，MAC 地址表中的端口映射关系频繁地改变，这种情况通常是由于网络拓扑频繁变化、链路故障恢复或网络环路等原因导致的，最终导致MAC地址表被破环，交换机无法正常转发数据。
3. 根网桥
根网桥是STP协议中的核心节点，通过比较优先级和MAC地址选举产生，是流量转发的中心。可以通过display stp命令查询根网桥的优先级和MAC地址。根网桥是一个STP网络的逻辑中心，但不一定是物理中心。
选举依据
STP运行STA（生成树算法），其实就是区分出各网桥的角色和各端口的角色，而选举网桥角色和端口角色的依据，就是ID和路径成本。
ID：交换机的身份识别基于ID（Identification），ID又分为网桥ID（Brideg ID, 简称BID）和端口ID（Port ID，简称PID）。
网桥ID：在IEEE 802.ld 标准中，规定网桥ID是一个8字节的字段，前2字节被称为网桥优先级（Bridge P
riority）, 后6字节是网桥的MAC地址，网桥ID最小的设备会被选举为根网桥。网桥优先级是用于衡量网桥在STA中优先级的十进制数，取值范围为0——65535，默认值是32768。端口ID：端口ID的长度为2字节，由1字节的端口优先级和1字节的端口编号组成。端口优先级可以进行配置，端口优先级的十进制取值范围是0——255，默认值是128。
4. 选举步骤
（1）选举根网桥
要将环形拓扑变成一个无环的树形拓扑，STP首先就要选举根网桥RB，就是为网络选出一个树根。选举的依据就是网桥D最小的交换机，参与选举的设备包括所有运行STP的交换机。相关设备交互各自的配置BPDU以比较谁的网桥ID值最小。先比较优先级，优先级小的被选举为根网桥；如果优先级相同，则MAC地址小的被选举为根网桥。
（2）选举根端口
选出根网桥之后，网络中的每台交换机必须和根网桥建立关联，因此，STP将开始选举根端口RP(Root Port)。根端口只存在于非根网桥上，所以需要在每个非根网桥上选举一个根端口。在根网桥上是没有根端口的。
- 一台非根交换机上，根路径成本最低的端口为根端口。
- 当根路径成本相同时，比较端口对端交换机(指定桥)的BI，哪个端口对端的BD小，则哪个端口作为本交换机的根端口。
- 当指定桥的BID相同时，则比较对端端口的PD，哪个端口对端的PID小，则哪个端口作为
本交换机的根端口。
（3）选举指定端口
指定端口DP(Designated Port)通常用于在STP完成收敛后，向下游交换机或下游网络转发配置消息。指定端口的选举依据顺序如下：
- 根路径成本较低。
- 所在交换机的BID较小。
- PD较小。