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1概述

1.1产生背景

在二层交换网络中，一旦存在环路就会造成报文在环路内不断循环和增生，产生广播风暴，

从而占用所有的有效带宽，使网络变得不可用。

在这种环境下生成树协议应运而生，生成树协议是一种二层管理协议，它通过有

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，同时具备链路的备

份功能。

生成树协议和其他协议一样，是随着网络的不断发展而不断更新换代的。最初被

广泛应用的是IEEE802.1D-1998STP（SpanningTreeProtocol，生成树协议），

随后以它为基础产生了IEEE802.1wRSTP（RapidSpanningTreeProtocol，

快速生成树协议）、PVST（PerVLANSpanningTree，每VLAN生成树）协

议和IEEE802.1sMSTP（MultipleSpanningTreeProtocol，多生成树协议）。

1.1.1STP

STP包含了两个含义，狭义的STP是指IEEE802.1D-1998中定义的STP协议，

广义的STP是指包括IEEE802.1D-1998定义的STP协议以及各种在它的基础

上经过改进的生成树协议。本文中的STP均指狭义的STP。

STP的基本思想十分简单。自然界中生长的树是不会出现环路的，如果网络也能

够像一棵树一样生长就不会出现环路。于是，STP中定义了根桥（RootBridge）、

根端口（RootPort）、指定端口（DesignatedPort）、路径开销（PathCost）

等概念，目的就在于通过构造一棵树的方法达到裁剪冗余环路的目的，同时实现

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链路备份和路径最优化。用于构造这棵树的算法称为生成树算法（Spanning

TreeAlgorithm）。

要实现这些功能，网桥之间必须要进行一些信息的交互，这些信息交互单元就称

为BPDU（BridgeProtocolDataUnit，桥协议数据单元），也称为配置消息。

本文中将把生成树协议的协议报文均简称为BPDU。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的网桥都会接收并

处理收到的BPDU报文。该报文的数据区里携带了用于生成树计算的所有有用

信息。

STP的工作过程是：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，桥ID最小的网桥将成为网络中的根桥，它的所有端口都连

接到下游桥，所以端口角色都成为指定端口。接下来，连接根桥的下游网桥将各

自选择一条“最粗壮”的树枝作为到根桥的路径，相应端口的角色就成为根端

口。循环这个过程到网络的边缘，指定端口和根端口确定之后一棵树就生成了。

生成树经过一段时间（默认值是30秒左右）稳定之后，指定端口和根端口进入

转发状态，其他端口进入阻塞状态。STPBPDU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。这就是生成树的基本原理。

随着应用的深入和网络技术的发展，STP的缺点在应用中也被暴露了出来。STP

的缺陷主要表现在收敛速度上。

当拓扑发生变化，新的配置消息要经过一定的时延才能传播到整个网络，这个时

延称为ForwardDelay，协议默认值是15秒。在所有网桥收到这个变化的消息