STP（Spanning Tree Protocol，生成树协议）是一种在网络中消除循环路径的二层协议，主要用于局域网环境。在存在冗余链路的网络中，STP通过构建一个无环的数据传输树形结构，确保数据包只沿着单一路径转发，从而防止广播风暴和循环数据流，同时提供链路备份，增强网络的可靠性。
1. **STP基本概念**
- **环路问题**：在多路径网络中，环路可能导致广播风暴和MAC地址表的不稳定。
- **桥和端口角色**：
- **根桥（Root Bridge）**：网络中优先级最高的桥，所有流量都经过根桥转发。
- **指定桥（Designated Bridge）**：非根桥中距离根桥最近的桥，负责转发数据到其连接的段。
- **根端口（Root Port）**：每个非根桥上，到根桥路径开销最小的端口，用于接收来自根桥的BPDU。
- **指定端口（Designated Port）**：在每个网段上，距离根桥最近的端口，用于转发数据。
- **Alternate端口**：作为备份，当指定端口故障时成为新的指定端口。
- **桥ID**：由桥优先级（16位，可配置）和MAC地址（48位）组成，用于选举根桥。
- **路径开销（Path Cost）**：衡量路径优劣的指标，根据链路速率计算，用于确定最短路径。
2. **STP计算过程**
- **选举根桥**：比较所有桥的桥ID，最小的成为根桥。
- **计算根路径成本**：每个端口到根桥的路径成本，根据链路速率和预定义的标准计算。
- **确定根端口**：每个非根桥的每个端口计算到根桥的路径成本，最低者为根端口。
- **确定指定端口**：在每个网段上，路径成本最低的端口成为指定端口，其他端口被阻塞。
- **形成无环树形结构**：阻塞所有非根端口和Alternate端口，形成从根桥到各网段的无环路径。
3. **STP端口状态**
- **Blocking**：不转发数据，不学习MAC地址，不接收或发送BPDU。
- **Listening**：不转发数据，学习MAC地址，接收并发送BPDU，参与根桥选举。
- **Learning**：不转发数据，学习MAC地址，接收并发送BPDU，准备进入转发状态。
- **Forwarding**：转发数据，学习MAC地址，接收并发送BPDU。
- **Disabled**：端口被管理员关闭，不参与任何操作。
4. **STP拓扑改变处理过程**
- **检测拓扑变化**：通过比较收到的BPDU中的拓扑变化标志来识别。
- **发送拓扑改变通知**：根桥发送TCN（Topology Change Notification），通知其他桥。
- **拓扑改变传播**：非根桥收到TCN后，转发TCN BPDU，直到整个网络得知拓扑变化。
- **更新MAC地址表**：受影响的设备清除旧的MAC地址表项，重新学习。
5. **STP协议的不足**
- **收敛速度慢**：RSTP（ Rapid Spanning Tree Protocol）和MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol）为解决此问题而出现，提供更快的收敛速度。
- **资源浪费**：部分端口长期处于阻塞状态，导致链路资源未充分利用。
- **静态树结构**：不能动态适应网络变化，如链路带宽增加或减少。
STP的学习目标是理解其消除环路的思想，掌握基本概念，理解计算过程，熟悉端口状态转换以及拓扑改变的处理，同时要意识到STP的局限性，并寻求更先进的解决方案如RSTP和MSTP。
