环路引起广播风暴，mac地址表震荡，重复数据帧
[v_error]生成树协议STP（Spanning Tree Protocol）：[/v_error]
• Spanning-Tree Protocol简称STP，生成树协议，被广泛部署在二层交换网络中，用于
防止网络出现二层环路，同时增加网络的冗余性。
• 交换机之间通过生成树协议数据的交互来完成所需信息的搜集，在此基础上交换机进
行相应的计算，最终将交换机的某个（或某些）接口阻塞从而打破环路。
[v_error]生成树协议的主要功能：[/v_error]
• 消除环路：在利用生成树算法、在以太网络中，创建一个以某台交换机的某个端口为根的生成树，避免环路。
• 链路备份：在以太网络拓扑发生变化时，通过生成树协议达到收敛保护的目的。
[v_error]在STP中，交换机之间相互交互的信息称为BPDU（Bridge Protocol Data Unit）网桥协议数据单元：[/v_error]
| 字节 | name | 字段 | 描述 |
| 2 | PID | 协议 | 代表上层协议（BPDU），该值总为0 |
| 1 | PVI | 版本 | （802.1D的总为0） |
| 1 | BPDU Type | TYPE | “配置BPDU”为0、“TCN BPDU”为80 |
| 1 | Flags | 标志 | LSB最低有效位表示TC标志；MSB最高有效位表示TCA标志 |
| 8 | Root ID | 根桥ID | 根网桥的桥ID |
| 4 | RPC | 路径开销 | 到达根桥的STP cost |
| 8 | Bridge ID | 网桥ID | BPDU发送桥的ID |
| 2 | Port ID | 端口ID | BPDU发送网桥的端口ID（优先级+端口号） |
| 2 | Message Age | 消息寿命 Message age | 从根网桥发出BPDU之后的秒数，每经过一个网桥都加1，所以它本质上 是到达根桥的跳数。 |
| 2 | Max Age | 最大寿命 Max age | 当一段时间未收到任何BPDU，生存期到达MAX age时，网桥认为该端 口连接的链路发生故障。默认20S |
| 2 | Hello Time | HELLO时间 | 根网桥连续发送的BPDU之间的时间间隔。默认2S |
| 2 | Fwd Delay | 转发延迟 | 在监听和学习状态所停留的时间间隔。默认15S |
[v_error]STP的计算：[/v_error]
| ① 每个交换网络选举一个根桥RB |
| ② 每个非根桥上选举一个根端口RP |
| ③ 每个段选举一个指定端口DP |
| ④ 阻塞非指定端口NDP |
| ① 每个交换网络选举一个根桥RB |
• Bridge Identifier，交换机的STP 标识符；
• 拥有最小BID的交换机成为根桥。
根桥ID Bridge Identifier：
|
| ||
| ←—————→ | ←—————————→ | ||
| 2B | 6B |
根桥ID由16位优先级（Bridge Priority 取值范围0~65535，默认为32768，可配置修改）和48位的mac地址组成。
值越小，优先级越高，先对比桥ID，如果相同再比较MAC地址。
| ② 每个非根桥上选举一个根端口RP |
华为X7系列交换机使用IEEE802.1t （dot1t）标准来计算路径开销
比较顺序（均比小）：
1、到根桥的路径开销
STP 接口Cost 与接口带宽的对应关系
| Link Speed | Cost (New IEEE Specification) | Cost (Old IEEE Specification) |
| 10 Gb/s | 2 | 1 |
| 1 Gb/s | 4 | 1 |
| 100 Mb/s | 19 | 10 |
| 10 Mb/s | 100 | 100 |
路径开销是接口cost 累加，而接口cost 是基于接口带宽的
非根桥某个接口到RB的路径开销等于该接口的Cost 加上这个接口收到的BPDU 中包含
的Path Cost 值。
2、网桥ID （当开销一样时则比较收到发送BPDU 网桥ID，这里只有3个交换机对比不出来，当存在多个交换机时，收到对方BPDU 的就不一定是同一个交换机，这时收到的对端网桥ID对比大小，如果一样则对比端口ID）
3、端口ID
• Port Identifier，接口标识符，共有2个字节。
• Port ID （2字节）= 接口优先级（1字节）+接口编号（1字节）。
• 缺省情况下接口优先级为128，范围是0-255。
| ③ 每个段选举一个指定端口DP |
在网段上抑制其他端口（无论是自己的还是其他设备的）发送 BPDU 报文的端口，就是该网段的指定端口。
根桥的每个端口都是指定端口 DP（除非根桥在物理上存在环路）。
指定端口的选举顺序同根端口。
| ④ 阻塞非指定端口NDP |
当这些选举完成之后，剩下的端口为预备端口，被阻塞。图中阻塞的则是 SWC 的 G0/0/2。
[v_error]以下为举例：[/v_error]
 |
 |
 |
 |
[v_error]端口状态：[/v_error]
| Disable | 不收发任何报文 |
| Blocking | 不接收也不转发帧，接收但不发送BPDU，不学习MAC地址 |
| Listening | 不接收也不转发帧，接收并且发送BPDU，不学习MAC地址 |
| Learning | 不接收也不转发帧，接收并且发送BPDU，学习MAC地址 |
| Forwarding | 接收并转发帧，接收并且发送BPDU，学习MAC地址 |
[v_error]拓扑变化：[/v_error]
• 根桥故障
在稳定的STP拓扑中，非根桥会定期收到来自根桥的BPDU报文，如果根桥发生故障，停止发送BPDU，如果下游交换机一直收不到报文，则Max Age 定时器会超时（默认20s），此时非根交换机会互相发送配置BPDU，重新选举新的根桥，会经过15s*2，总共消耗50s时间恢复网络。
• 直连故障
交换机检查到根端口链路发生物理故障，AP端口会经历Listening（15s），Learning（15s），Forwarding，然后恢复到转发状态。
• 非直连故障
交换机非直连直接出现故障，下游端口接收不到BPDU，同根桥故障一样，到恢复正常历时50s。
• 拓扑改变导致mac地址表变化
 |
mac地址表老化时间300s，如果STP拓扑发生变化，交换机转发数据的路径也会随着发生改变，此时mac地址表中未及时老化的表项会导致数据转发错误，因此当拓扑发生变化后需要及时更新mac地址表。
上图中SWB 中的mac地址表定义了主机A 发往主机B 的端口，当SWC 发生故障，STP 收敛导致拓扑结构改变，主机A 到主机B 仍然无法通信，因为mac地址表还没有更新。
所以，在拓扑变化中，根端口通过发送TCN BPDU 获知拓扑中发生了故障，根桥通过TC BPDU 告知其他交换机加速老化现有mac地址表从而快速更新mac地址表。
过程如下：
1、SWC 感知网络拓扑发送变化，向SWB 发送TCN BPDU。
2、SWB 将收到SWC 发送的TCN BPDU报文中的Flags 的TCA位设置为1，发送给SWC 告知其停止发送TCN BPDU 报文，已经确认收到了。
3、SWB 向根桥转发TCN BPDU。
4、SWA 根桥把BPDU 报文中的Flags TC位设置为1，通知下游设备把mac 地址老化时间设置为Fowarding Delay的时间15s。
5、最多15s之后SWB 中重新学习arp信息。
• 操作命令→ STP
[v_error]总结：[/v_error]
根桥产生故障后，其他交换机优先级高的会被选举为根桥，当原来根桥恢复正常之后，网络结构改变，又会重新选举。
根路径开销是到根桥路径的总开销，路径开销是指交换机端口的开销。
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