生成树协议

生成树协议（STP）是一个网络协议，它为以太网创建一个无环路的逻辑拓扑。STP的基本功能是防止桥接环路和由此产生的广播发射。生成树还允许网络设计包括备份链路，在主动链路发生故障时提供容错。

顾名思义，STP创建一个生成树，描述第二层桥接网络中的节点关系，并禁用那些不属于生成树的链接，在任何两个网络节点之间留下一条活动路径。STP是基于Radia Perlman在为数字设备公司工作时发明的一种算法。

RSTP通过引入新的收敛行为和桥接端口角色，在响应网络变化或故障时提供了明显的快速恢复。RSTP被设计为向后兼容标准STP。

STP最初被标准化为IEEE 802.1D，但生成树（802.1D）、快速生成树（802.1w）和多重生成树（802.1s）功能后来被纳入IEEE 802.1Q-2014。

之所以需要生成树协议（STP），是因为局域网（LAN）中的交换机通常使用冗余链接进行互连，在一个连接发生故障时提高弹性。然而，这种连接配置会产生一个交换回路，导致广播辐射和MAC表不稳定。如果使用冗余链路来连接交换机，那么就需要避免切换环路。

为了避免与交换式局域网中的冗余链路有关的问题，在交换机上实施了STP以监控网络拓扑结构。交换机之间的每个链接，特别是冗余链接，都被编入目录。然后，生成树算法通过在局域网的交换机之间创建一个首选链路，防止冗余链路被转发。这个首选链路用于所有以太网帧，除非它发生故障，在这种情况下，一个非首选的冗余链路被启用。在网络中实施时，STP指定一个第二层交换机作为根桥。然后，所有交换机选择它们的最佳连接，向根桥转发，并阻止其他冗余链接。所有的交换机都使用桥协议数据单元（BPDUs）来不断与局域网中的邻居进行通信。

每当两个交换机之间有一个以上的链接时，STP根桥会根据带宽计算每条路径的成本。STP将选择成本最低的路径，即带宽最高的路径作为首选链接。STP将启用这个首选链接作为两个交换机之间以太网帧的xxx路径，并禁用所有其他可能的链接。

在局域网上启用STP的交换机选出一个根桥后，所有非根桥都指定它们的一个端口为根端口。这要么是连接交换机和根桥的端口，要么是根桥计算出来的首选路径的端口，如果有几条路径的话。由于不是所有的交换机都直接连接到根桥，它们使用STP BPDU相互通信。每台交换机将自己的路径成本与从相邻交换机收到的成本相加，以确定到根桥的特定路径的总成本。一旦所有通往根桥的可能路径的成本相加，每个交换机指定一个端口作为根端口，该端口与成本最低或带宽最高的路径相连，最终将通向根桥。

STP路径成本的默认值最初是由公式1 Gbit/s/bandwidth计算的。当更快的速度出现时，这个默认值被调整了，因为否则高于1Gbit/s的速度将无法被STP区分出来。它的后继者RSTP使用类似的公式，但分母更大：20Tbit/s/bandwidth.这些公式导致了表中的样本值。

启用STP的局域网中的所有交换机端口都被分类。

如果一个端口处于活动状态，阻塞该端口会导致交换机循环。为了防止使用循环路径，没有用户数据通过阻塞的端口发送或接收。在阻塞状态下仍然可以接收BPDU数据。如果正在使用的其他链路发生故障，并且生成树算法确定该端口可以过渡到转发状态，则阻塞端口可能进入转发模式。它不充实MAC表，也不转发帧。学习 虽然端口还没有转发帧，但它从收到的帧中学习源地址，并将它们添加到MAC表中。转发 一个正常工作的端口接收和转发帧。