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生成树协议（STP）

生成树协议是二层管理协议。通过有选择性地阻塞网络冗余链路来达到

消除网络二层环路的目的，同时具备了链路的备份功能。定义了根桥

RootBridge，根端口RootPort，指定端口DesignatedPort，路径开销Path

Cost等概念，目的就在于通过构造一棵自然树的方法，达到裁剪冗余环

路的目的，同时实现链路备份和路径最优化。

要实现这些功能，网桥之间必须要进行一些信息的交流，这些信息交流

单元就称为配置消息BPDU：BridgeProtocolDataUnit。STPBPDU是

一种二层报文，目的MAC是多播地址01-80-C2-00-00-00，所有支持

STP协议的网桥都会接收并处理收到的报文。在数据区里携带了用于生

成树计算的所有有用信息。

首先进行根桥的选举。选举的依据是网桥优先级和网桥MAC地址组合

成的桥ID：BridgeID。桥ID最小的网桥将成为网络中的根桥。网络

中各网桥都以默认值启动，在网桥优先级都一样（默认优先级是32768）

的情况下，MAC地址最小的网桥成为根桥。

接下来其他网桥将各选择一最粗壮的树枝，作为到根桥的路径相应端口

的角色成为根端口。

经过一段时间（默认值是30秒左右）后,生成树稳定之后,所有端口要么

进入转发状态,要么进入阻塞状态.STPBPDU仍然会定时从各个网桥的

指定端口发出,以维护链路的状态.如果网络拓扑发生变化,生成树就会重

新计算端口状态也会随之改变。

快速生成树协议RSTP：RapidSpanningTreeProtocol。作了重要改进，

收敛速度快的多：

第一：为根端口和指定端口设置了快速切换用的替换端口AlternatePort

和备份端口BackupPort两种角色。当根端口/指定端口失效时替换端口

/备份端口就会无时延地进入转发状态。

第二：在只连接了两个交换端口的点对点链路中，指定端口只需与下游

网桥进行一次握手就可以无时延地进入转发状态。如果是连接了三个以

上网桥的共享链路，下游网桥是不会响应指定端口发出的握手请求的，

只能等待两倍ForwardDelay时间进入转发状态。

第三：直接与终端相连而不是和其他网桥相连的端口，定义为边缘端口

EdgePort。边缘端口可以直接进入转发状态，不需要任何延时。由于网

桥无法知道端口是否是直接与终端相连，所以需要人工配置。

为支持这些改进，BPDU的格式作了一些修改但仍然向下兼容STP协

议，可混合组网。RSTP和STP同属于单生成树SST。

缺陷一：由于整个交换网络只有一棵生成树，在网络规模比较大的时候，

会导致较长的收敛时间，拓扑改变的影响面也较大。

缺陷二：近年IEEE802.1Q大行其道逐渐成为交换机的标准协议。在网

络结构对称的情况下，单生成树也没什么大碍；但是，在网络结构不对

称的时候，单生成树就会影响网络的连通性。

缺陷三：当链路被阻塞后，将不承载任何流量，造成了带宽的极大浪费，

环行城域网明显。

于是支持VLAN的生成树协议出现了。每个VLAN都生成一棵树是一

种比较直接而且最简单的解决方法，它能够保证每一个VLAN都不存

在环路。

PVSTBPDU的格式和STP/RSTPBPDU格式已经不一样，发送的目的

地址也改成了Cisco保留地址01-00-0C-CC-CC-CD，而且在VLAN

Trunk的情况下，PVSTBPDU被打上了802.1QTag标签。所以最初的

PVST协议并不兼容STP/RSTP协议。Cisco很快推出了经过改进的PVST

协议，并成为了交换机产品的默认生成树协议。经过改进的PVST协议

在VLAN1上运行的是普通STP协议，在其他VLAN上运行PVST协

议。PVST协议可以与STP/RSTP互通。在VLAN1上生成树状态按照

STP协议计算，在其他VLAN上普通交换机只会把PVSTBPDU当作多

播报文，按照默认VLAN或者Tag头