生成树协议基础

网络需要冗余链路来提高可靠性，但无法承受这些链路造成的环路。生成树协议（STP）解决了这个问题。STP 会自动检测交换机之间的冗余路径，并阻塞其中恰好足够的一部分，从而保留一条无环路径，同时将被阻塞的链路保留为备用链路。本课将介绍 STP 如何在不牺牲冗余的情况下防止环路。

STP 会在可能存在环路的物理网络之上构建一个无环的逻辑树。它通过在任意两点之间选择一条路径并禁用其余路径来实现这一点。如果活动路径之后发生故障，STP 会重新启用一条被阻塞的链路，以恢复连接。因此，您可以同时获得用于提高韧性的冗余，以及用于保证安全的无环结构。

STP 首先选举一个根网桥，作为树顶端的参考交换机。交换机会比较一个称为网桥 ID的值，该值由可配置的优先级和交换机 MAC 地址组成。网桥 ID 最低的交换机获胜并成为根网桥。所有路径计算都以该根网桥为参照，因此它的位置会影响整个树的结构。

每台非根交换机都会选择一个根端口：通向根网桥的最低开销路径所对应的端口。开销取决于链路速度，速度越快，开销越低。根端口是交换机通往树顶端的最佳路径。发往根网桥或更远位置的流量通常会从该端口离开。

对于每个网络网段，STP 还会选择一个指定端口，负责向该网段转发流量。既不是根端口也不是指定端口的端口会进入阻塞状态。阻塞端口不会转发数据，这样可以打破环路，但它仍会监听 STP 消息，以便在活动路径发生故障时接替工作。

交换机通过BPDUs（网桥协议数据单元）进行协调，这些是交换机之间交换的小型消息。BPDUs 携带网桥 ID 和路径开销，使交换机能够选举根网桥、计算路径并检测拓扑变化。如果阻塞端口不再收到 BPDUs，STP 就会假定链路发生故障，并可能重新启用该端口，以恢复路径。

经典 STP 会让端口依次经过阻塞、监听、学习和转发状态。这种转换可以防止端口过早转发，从而避免意外形成临时环路。缺点是存在延迟，端口完全开放大约需要 30 到 50 秒。这种缓慢的收敛促成了更快版本协议的出现。

RSTP（快速生成树协议，802.1w）是现代改进版本。它通过简化端口状态，并直接在交换机之间协商变更，将收敛时间从几十秒缩短到几秒。RSTP 向后兼容较旧的 STP，并且是目前大多数交换机的默认协议，因此链路故障后能够更快恢复。

有两个常用的辅助功能。PortFast 允许连接终端设备的接入端口跳过等待状态并立即转发，因为单台 PC 无法创建环路。BPDU 防护会在这些端口意外收到 BPDU 时将其关闭，因为这意味着有人将交换机插入了原本用于连接 PC 的端口。

收敛是指发生变化后，STP 稳定到无环状态所需的时间。当活动链路发生故障时，原本应到达的 BPDUs 会停止到达，STP 重新计算路径，之前处于阻塞状态的端口会转换为转发状态，以恢复路径。经典 STP 需要几十秒才能收敛；RSTP 只需几秒。更快的收敛意味着更短的中断时间，这就是 RSTP 在现代交换机上取代经典 STP 的原因。

STP 及其更快的后继协议 RSTP 几乎在每台网管交换机上安静地运行，在保留备用链路的同时，默默防止环路造成的广播风暴。理解根网桥选举、端口角色和 BPDUs，是 Network+ 的核心知识。当备用链路必须接替工作时，由 STP 决定如何在 RSTP 的几秒内保持网络无环。

测试您对 STP 基础知识的掌握情况。

生成树协议（STP）在保留冗余链路作为备用链路的同时防止环路。它会选举一个根网桥（网桥 ID最低），在每台交换机上选择一条通向根网桥的根端口，为每个网段选择一个指定端口，并将多余端口置于阻塞状态。交换机通过BPDUs进行协调。经典 STP 速度较慢；RSTP可在几秒内收敛。PortFast 可加快终端设备端口的启用，BPDU 防护则可以保护这些端口。