一.STP

1. 二層網絡環路產生的問題

（1）廣播風暴

（2）MAC地址表震蕩

（3）重復數據幀

2. STP的主要作用

（1）消除環路：通過阻斷冗余鏈路來消除網絡中可能存在的環路。

（2）鏈路備份：當活動路徑發生故障時，激活備份鏈路，及時恢復網絡連通性。

3. STP操作過程

（1）選舉一個根橋。

STP中根橋的選舉依據的是橋ID，STP中的每個交換機都會有一個橋ID（Bridge ID） 。橋ID由16位的橋優先級（Bridge Priority）和48位的MAC地址構成。在STP網絡中，橋優先級是可以配置的，取值范圍是0～65535，只能是4096的整數倍，默認值為32768。優先級最高的設備（數值越小越優先）會被選舉為根橋。如果優先級相同，則會比較MAC地址，MAC地址越小則越優先。

（2）每個非根交換機選舉一個根端口。

非根交換機在選舉根端口時分別依據該端口的根路徑開銷、對端BID（Bridge ID）、對端PID（Port ID）和本端PID。

交換機的每個端口都有一個端口開銷（Port Cost）參數，此參數表示該端口在STP中的開銷值。默認情況下端口的開銷和端口的帶寬有關，帶寬越高，開銷越小。從一個非根橋到達根橋的路徑可能有多條，每一條路徑都有一個總的開銷值，此開銷值是該路徑上所有接收BPDU端口的端口開銷總和（即BPDU的入方向端口），稱為路徑開銷。非根橋通過對比多條路徑的路徑開銷，選出到達根橋的最短路徑，這條最短路徑的路徑開銷被稱為RPC（Root Path Cost，根路徑開銷），并生成無環樹狀網絡。根橋的根路徑開銷是0。

（3）每個網段選舉一個指定端口。

指定端口的選舉也是首先比較累計路徑開銷，累計路徑開銷最小的端口就是指定端口。如果累計路徑開銷相同，則比較端口所在交換機的橋ID，所在橋ID最小的端口被選舉為指定端口。如果通過累計路徑開銷和所在橋ID選舉不出來，則比較端口ID，端口ID最小的被選舉為指定端口。

（4）阻塞非根、非指定端口。

未被選舉為根端口或指定端口的端口為預備端口，將會被阻塞。

網絡收斂后，只有指定端口和根端口可以轉發數據。其他端口為預備端口，被阻塞，不能轉發數據，只能夠從所連網段的指定交換機接收到BPDU報文，并以此來監視鏈路的狀態。

4. STP的端口角色和端口狀態

端口角色：根端口、指定端口、預備端口

端口狀態：

（1）Forwarding：轉發狀態。端口既可轉發用戶流量也可轉發BPDU報文，只有根端口或指定端口才能進入Forwarding狀態。

（2）Learning：學習狀態。端口可根據收到的用戶流量構建MAC地址表，但不轉發用戶流量。增加Learning狀態是為了防止臨時環路。

（3）Listening：偵聽狀態。端口可以轉發BPDU報文，但不能轉發用戶流量。

（4）Blocking：阻塞狀態。端口僅僅能接收并處理BPDU，不能轉發BPDU，也不能轉發用戶流量。此狀態是預備端口的最終狀態。

（5）Disabled：禁用狀態。端口既不處理和轉發BPDU報文，也不轉發用戶流量。

5. STP故障

（1）根橋故障

非根橋會在BPDU老化之后開始根橋的重新選舉。

根橋故障會導致50秒左右的恢復時間，恢復時間約等于Max Age（20s）加上兩倍的Forward Delay（15s）收斂時間。

（2）直連鏈路故障

SWB檢測到直連鏈路物理故障后，會將預備端口轉換為根端口。

SWB新的根端口會在30 秒（2倍的Forward Delay）后恢復到轉發狀態。

（3）非直連鏈路故障

非直連鏈路故障后，由于需要等待Max Age加上兩倍的Forward Delay時間，端口需要大約50秒才能恢復到轉發狀態。

二.RSTP

快速生成樹RSTP在STP基礎上進行了改進，實現了網絡拓撲快速收斂。

RSTP使用了Proposal/Agreement機制保證鏈路及時協商，從而有效避免收斂計時器在生成樹收斂前超時。如圖所示，在交換網絡中，P/A過程可以從根橋向下游級聯傳遞。

P/A機制中同步的作用是避免臨時環路的產生。

1. RSTP的端口角色

（1）根端口

（2）指定端口

（3）備份端口：Backup端口作為指定端口的備份，提供了另外一條從根橋到非根橋的備份鏈路。

（4）預備端口：Alternate端口作為根端口的備份端口，提供了從指定橋到根橋的另一條備份路徑。

（5）邊緣端口：RSTP里，位于網絡邊緣的指定端口被稱為邊緣端口。邊緣端口一般與用戶終端設備直接連接，不與任何交換設備連接。邊緣端口不接收配置BPDU報文，不參與RSTP運算，可以由Disabled狀態直接轉到Forwarding狀態，且不經歷時延，就像在端口上將STP禁用了一樣。但是，一旦邊緣端口收到配置BPDU報文，就喪失了邊緣端口屬性，成為普通STP端口，并重新進行生成樹計算，從而引起網絡震蕩。

2. RSTP的端口狀態

RSTP把原來STP的5種端口狀態簡化成了3種。

（1）Discarding狀態，端口既不轉發用戶流量也不學習MAC地址。

（2）Learning狀態，端口不轉發用戶流量但是學習MAC地址。

（3）Forwarding狀態，端口既轉發用戶流量又學習MAC地址。

3. 保護功能

（1）根保護

根保護功能確保了根橋的指定端口不會因為一些網絡問題而改變端口角色。

（2）BPDU保護

配置BPDU保護功能后，如果邊緣端口收到BPDU報文，邊緣端口將會被立即關閉，并通知網管系統。被關閉的邊緣端口可配置成自動恢復或管理員手動恢復。

（3）環路保護

根端口如果長時間收不到來自上游的BPDU，則進入Discarding狀態，避免在網絡中形成環路。

三.MSTP

多生成樹協議MSTP兼容STP和RSTP，既可以快速收斂，又提供了數據轉發的多個冗余路徑，在數據轉發過程中實現VLAN數據的負載均衡。

1. 單生成樹的弊端

（1） 部分VLAN路徑不通

（2）無法實現流量分擔

（3）次優二層路徑

2. 多生成樹實例解決單生成樹弊端

MSTP兼容STP和RSTP，既可以快速收斂，又提供了數據轉發的各個冗余路徑，在數據轉發過程中實現VLAN數據的負載均衡。

MST域內可以生成多棵生成樹，每棵生成樹都稱為一個MSTI。MSTI之間彼此獨立，且每個MSTI的計算過程基本與RSTP的計算過程相同。

每個MSTI（MST Instance）都有一個標識（MSTID），MSTID是一個兩字節的整數。VRP平臺支持16個MST Instance，MSTID取值范圍是0～15，默認所有VLAN映射到MSTInstance 0。

VLAN映射表是MST域的屬性，它描述了VLAN和MSTI之間的映射關系，MSTI可以與一個或多個VLAN對應，但一個VLAN只能與一個MSTI對應。

審核編輯：郭婷