知识重点
以太网交换网络中为了进行链路备份，提高网络可靠性，通常会使用冗余链路。但是使用冗余链路会在交换网络上产生环路，引发广播风暴以及MAC地址表不稳定等故障现象，从而导致用户通信质量较差，甚至通信中断。为解决交换网络中的环路问题，提出了生成树协议STP（Spanning Tree Protocol）。从最初的IEEE 802.1D中定义的STP到IEEE 802.1W中定义的快速生成树协议RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol），再到最新的IEEE 802.1S中定义的多生成树协议MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol）。
消除环路：通过阻塞冗余链路消除网络中可能存在的网络通信环路。
链路备份：当前活动的路径发生故障时，激活冗余备份链路，恢复网络连通性。
| 生成树协议 | 特点 | 应用场景 |
| stp（生成树协议） |
- 形成一棵无环路的树，解决广播风暴并实现冗余备份。
- 收敛速度较慢。
| 无需区分用户或业务流量，所有VLAN共享一棵生成树 |
| rstp（快速生成协议） |
- 形成一棵无环路的树，解决广播风暴并实现冗余备份。
- 收敛速度快。
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| mstp（多生成树协议） |
- 形成一棵无环路的树，解决广播风暴并实现冗余备份。
- 收敛速度快。
- 多棵生成树在VLAN间实现负载均衡，不同VLAN的流量按照不同的路径转发。
| 需要区分用户或业务流量，并实现负载分担。不同的VLAN通过不同的生成树转发流量，每棵生成树之间相互独立。 |
- 选举根桥：
- 根桥是什么？每个网络中有且仅有一个根桥，其他交换机都是非根桥；跟交换机用于发送BPDU，也用来转发流量；
- 怎样选举根桥呢？通过比较桥ID来选举，桥ID由桥的优先级和交换机的基本mac地址构成；先比较桥的优先级，优先级小者当选，若优先级都相同再比较mac地址，比较mac地址时从左往右比较，谁的数值小谁当选；
- 选举根端口：
- 根端口是什么？在每个非根交换机上选出一个根端口；根端口用来接收交换机发来的BPDU，也用于转发流量；
- 怎样选举根端口呢？
-
- 该端口到根交换机的路径开销最小；
路径成本：根据交换机的链路带宽来定，一般带宽越大的其的开销指越小；
- 该端口所在交换机的对端交换机的桥ID最小；
- 该端口对端端口的端口ID最小；
端口ID：由端口优先级和端口号构成；先比较端口的优先级，优先级小者当选，若优先级都相同再比较端口号，端口号小者当选；
- 选举指定端口：
- 指定端口是什么？在每个网段选出一个指定端口；指定端口用于转发根桥发来的BPDU，也用于转发普通流量；
- 怎样选举指定端口？
-
- 根桥的所有端口都是指定端口；
- 根端口的对端端口一定是指定端口；
- 该端口到根桥的路径开销最小；
- 本端口所在的交换机的桥ID最小；
- 阻塞备用端口：
阻塞端口就是选举完以上三个概念后的剩下的端口，该端口用于备份；在链路未出现故障时一般处于阻塞状态；
- STP的工作原理：
- 首先根据STP拓扑计算，阻塞备用端口，让交换网络中没有环路；
- 当设备的某条链路出现故障后，阻塞端口开启，实现链路备份。
由于RSTP是STP的进化版，因此主要介绍他优化在哪里，与STP有什么区别；
RSTP的选举在大体上跟STP没有太大差异，区别主要是：
- 在端口角色上将阻塞端口分成了：替代端口（根端口备份）和备份端口（指定端口备份）；
- 在端口状态上的优化：
STP：阻塞、侦听（15s），学习（15s）、转发；
RSTP：丢弃、学习、转发；
- 引进了边缘端口的概念：
当交换设备直连主机时，端口的状态从阻塞直接变成转发状态，不参与生成树协议的拓扑计算；大大减少了用户接入网络的等待时间；
- 引进了P/A机制：
当处于两个网络环境交换机实现通信时，通过P/A的（提议/同意）机制，快速的确定端口角色，快速的确定端口状态；
由于MSTP是STP/RSTP的进化版，因此主要介绍他优化在哪里，与STP/RSTP有什么区别；
STP/RSTP的局限：所有的vlan共享一棵生成树；无法实现不同的vlan在trunk链路上的负载分担；
MSTP主要就是实现了多vlan下的多生成树协议；
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