STP（生成树协议）的详解

网桥是如何出现的？         网桥出现之前，广泛应用的是集线器（多端口的转发器），并采用CSMA/CD机制。CSMA/CD是一种分布式介质访问控制协议，网络中的各个节点都能独立地决定数据帧的发送与接收。每个节点在发送数据帧之前，首先要进行载波监听，只有介质空闲时，才允许发送帧。这时，如果两个以上的节点同时监听到介质空闲并发送帧，则会产生冲突现象，这使发送的帧都成为无效帧，发送随即宣告失败。每个节点胆册必须有能力随时检测冲突是否发生，一旦发生冲突，则应停止发送，以免介质带宽因传送无效帧而被白白浪费，然后随机延时一段时间后，再重新争用介质，重发送帧。这样的效率太低。人们急切的需要一个可以提高效率的设备，因此，网桥出现了。

总共产生了多少种网桥？         由于侧重点不同，总共产生了两种网桥，一种是透明网桥，一种是源路由网桥。透明网桥容易安装，但网络资源的利用不充分。源路由(source route)网桥在发送帧时将详细的路由信息放在帧的首部中。源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧，每个发现帧都记录所经过的路由。发现帧到达目的站时就沿各自的路由返回源站。源站在得知这些路由后，从所有可能的路由中选择出一个最佳路由。凡从该源站向该目的站发送的帧的首部，都必须携带源站所确定的这一路由信息，由于过于复杂，所以未成为标准，作为一个附加特性，主要用在令牌环网络中。为什么网桥要叫做透明网桥?         因为对于用的人来说，啥都不用做，插上电源和网线就行，暗随原有网络也看不见它。

生成树协议是如何工作的？         1.当路由器打开的时候，所有的端口都处于Listening状态，每个网桥都会认为自己是根网桥，然后都每隔两秒就向外发送一次自己的BPDU，如果收到的BPDU的BID比自己的小，则停止转发自己的BPDU，开始转发更优的BPDU，如果比自己的BID大或者和自己的BID相等，则丢弃该BPDU。等到都扩散完毕之后开始各项的选举，这时候每个BID最小的网桥成了根网桥，各个网桥通过收到的BPDU来确定根端口和指定端口。首先看COST值，然后再看邻居的BID，再然后看对端端口的PID，指定端口也首先看COST，然后看两端网桥的BID。剩下的成为非指定端口，转到blocking状态。这个状态总共持续15s（转发延迟），之后进入learning状态。         这里有个网络直径的概念，默认是7，在15秒之内BPDU差不多可以传给每一个网桥，这个数值不建议随便改，改大了的话会使收敛时间变久，改小的话虽然可以缩短收敛时间，但是如果数值小雨网络的实际规模，会使BPDU的传播不完全，后果不堪设想。         3.进入Learning状态之后，填写MAC地址表，经过15s（转发延迟）之后进入Forwarding状态。         4.进入Forwarding状态之后，开始转发数据，并且同时接受转发来自于根的BPDU，维护拓扑。这时只有根网桥发BPDU，其他网桥都只是转发BPDU。         5.当一个新的网桥加入的时候，端口状态是Learning，新的交换机认为自己是根网桥开始发送BPDU，也接收对端的BPDU，然后进行进行进一步的竞选，若竞选成功，则网络格局就重新变化了，造成网络断开，若竞选失败则计算根端口指定端口和非指定端口。（30s可以完成）         6.若拓扑中有线路断开，则分为两种情况（TCN从根端口向上传，从指定端口向下传，并且需要一层层的确认）

以以下例子为例我们来说： （1）断开SW1和SW3的网络                     1）交换机SW1和SW3检测到链路出现故障，SW3删除从F0/23口收到的“最佳”BPDU信息。                     2）交换机SW3将向根网桥发送TCN BPDU，但是SW3的根端口处于Down状态，所以无法发送；SW1为根网桥所以不需要发送TCN BPDU信息。                      3）交换机SW1从F0/24口发送一条设置了TCN位的BPDU信息，收到BPDU信息后交换机将进行转发，保证网络中所有交换机都知道拓扑发生了变化。                      4）交换机SW2和SW3都会接收到SW1发送的BPDU；交换机SW3只从F0/24口收到根网桥的信息，而此信息是从根网桥收到的“最佳”BPDU，所以STP重新计算此端口最终将成为根端口。在成为根端口前需要经历监听状态、学习状态和转发状态，默认情况下大约会花费30秒左右。（当链路断开时，如果从非指定端口收到最优BPDU，则把非指定端口切换到Listening状态，重新选举根端口）         （2）断开SW1和SW2的网络                     1）交换机SW1和SW2检查到链路出现故障，SW2删除从F0/24口收到的“最佳”BPDU信息。                     2）交换机SW2将向根网桥发送TCN BPDU；SW1为根网桥所以不需要发送TCN BPDU信息。                     3）交换机SW1从F0/23口发送一条设置了TCN位的BPDU信息，收到BPDU信息后交换机将进行转发，保证网络中所有交换机都知道拓扑发生了变化。但是SW3的F0/24口处于阻塞状态，其只接收BPDU不发送BPDU，所以SW2不会收到SW1的BPDU信息。                      4）交换机SW2无法收到任何BPDU信息，而其知道拓扑发生变化，所以STP重新计算认为自己是根网桥向外发送BPDU，而SW3的F0/24口还保留这“最佳”的BPDU信息，所以SW3从F0/24收到的PDU不是“最佳”BPDU。经过20秒后SW3的F0/24端口的“最佳”BPDU信息被删除，这时在收到SW2的BPDU信息后更新BPDU信息，进行STP选举过程。在成为指定端口前需要经历监听状态、学习状态和转发状态，再加上最大老化时间，默认情况下大约会花费50秒左右。

生成树协议在交换中的应用是十分广的，有什么想问的可以留言。

希望懂网络的可以互相交流学习。