STP(Spanning Tree Protocol，生成樹協(xié)議)是一種用于解決二層交換網(wǎng)絡(luò)環(huán)路的協(xié)議。下面騰科教育為大家詳細介紹STP的作用及其工作原理

(1)STP的作用

STP包含狹義STP和廣義STP兩個含義，狹義STP是指IEEE 802.1d—1998定義的STP;廣義 STP包括 IEEE 802.1d—1998定義的 STP以及各種在其基礎(chǔ)上經(jīng)過改進的生成樹協(xié)議。

STP的基本思想十分簡單，自然界中生長的樹是不會出現(xiàn)環(huán)路的，如果網(wǎng)絡(luò)也能夠像一棵樹一樣生長就不會出現(xiàn)環(huán)路了。于是，人們在STP中定義了根橋(RootBridge)、根端口(Root Port)、指定端口(Designated Port)、替代端口(Alternate Port)和路徑開銷(Path Cost)等概念，通過構(gòu)造一棵樹的方法達到裁剪冗余環(huán)路的目的，同時實現(xiàn)鏈路備份和路徑最優(yōu)化。

用于構(gòu)造這棵樹的算法被稱為生成樹算法(Spanning Tree Algorithm)。要實現(xiàn)這些功能，交換機之間必須要進行信息交互，這些信息交互單元被稱為BPDU(Bridge Protocol Data Unit，網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元)。

STP BPDU是一種二層報文，目的MAC地址是多播地址01-80-C2-00-00-00，所有支持STP的網(wǎng)橋都會接收并處理收到的BPDU報文。該報文中攜帶了用于生成樹計算的所有信息。

(2)STP的工作原理

首先進行根橋的選舉。選舉的依據(jù)是網(wǎng)橋優(yōu)先級和網(wǎng)橋MAC地址組合成的網(wǎng)橋ID(Bridge ID)，網(wǎng)橋ID最小的網(wǎng)橋?qū)⒊蔀榫W(wǎng)絡(luò)中的根橋，在一個網(wǎng)絡(luò)中只能有一個根橋，其他的交換機都為非根橋，可以把它們統(tǒng)稱為下游網(wǎng)橋。

根橋的所有端口都連接到下游網(wǎng)橋，所以端口角色都成為指定端口。接下來，連接根橋的下游網(wǎng)橋?qū)⒏髯赃x擇一條“最粗壯”的樹枝作為到根橋的路徑，相應(yīng)端口的角色就成為根端口。循環(huán)該過程到網(wǎng)絡(luò)的邊緣，指定端口和根端口確定之后一棵生成樹就生成了。

生成樹經(jīng)過一段時間(默認值是30秒左右)穩(wěn)定之后，指定端口和根端口進入轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，其他端口進入阻塞狀態(tài)。

STP BPDU報文會定時從各個網(wǎng)橋的指定端口發(fā)出以維護鏈路的狀態(tài)。如果網(wǎng)絡(luò)拓撲發(fā)生變化，生成樹就會重新計算，端口狀態(tài)也會隨之改變。這就是生成樹的基本原理。

隨著應(yīng)用的深入和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，STP的缺點在應(yīng)用中也被暴露了出來。STP的缺陷主要表現(xiàn)在它基于時間進行收斂。

當拓撲發(fā)生變化后，整個網(wǎng)絡(luò)需要重新執(zhí)行生成樹收斂計算，而該計算延時稱為Forward Delay(轉(zhuǎn)發(fā)延時)，協(xié)議默認值是15秒。在所有網(wǎng)橋收到拓撲變化的消息之前，如果舊拓撲結(jié)構(gòu)中處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)的端口還沒有發(fā)現(xiàn)自己在新的拓撲中應(yīng)該停止轉(zhuǎn)發(fā)，則可能存在臨時環(huán)路。

為了解決臨時環(huán)路的問題，STP使用了一種定時器策略，即在端口從阻塞狀態(tài)到轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)中間加入偵聽和學習狀態(tài)，兩次狀態(tài)切換的時間長度都是Forward Delay，這兩種狀態(tài)下交換機不轉(zhuǎn)發(fā)任何數(shù)據(jù)幀，這樣就可以保證在拓撲變化時不會產(chǎn)生臨時環(huán)路。

但是，這個看似良好的解決方案實際上帶來的卻是至少兩倍Forward Delay的收斂時間，這對某些實時業(yè)務(wù)(如語音視頻)是不能接受的。