目录
BPDU
STP选举机制
STP端口状态
STP计时器
STP拓扑变更机制
生成树协议（Spanning Tree Protocol），简写为STP。
STP是二层网络中用于消除环路的协议，通过阻塞冗余链路，使可用链路在拓扑上呈现出无环的树结构，消除网络中可能存在的环路。当前活动链路发生故障时，激活冗余链路，恢复网络连通性。
BPDU
桥协议数据单元，用于传递STP协议相关的报文。
分类
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配置BPDU
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传递STP配置信息，用来进行生成树的选举。
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网桥（交换机）通过交互配置BPDU，获取STP计算所需的参数。
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配置BPDU基于二层组播方式发送，组播地址是：01-80-C2-00-00-00。
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配置BPDU只由根桥周期性发出，发送周期（Hello Time）为2秒。
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TCN BPDU
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通告拓扑变更信息。
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非根交换机发的拓扑变化通知，用于报错使用。
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STP数据帧格式
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Protocol ID
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协议ID，表明使用的协议。
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Protocol Version ID
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协议版本标识符，STP协议中该值为0。
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RSTP为2。
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MSTP为3。
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BPDU Type
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BPDU类型。
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STP的配置BPDU：0x00。
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STP的TCN BPDU：0x80。
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MSTP或者RSTP的BPDU：0x02。
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Flags
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8个标记位。最左边（最高位）置位时，表示TCA；最右边（最低位）置位时，表示TC。中间的6位保留。
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TC，根桥发出的用来描述拓扑变化信息的，其他交换机收到后会将MAC地址表老化时间由300秒缩短至15秒。
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TCA，拓扑变化确认。交换机收到拓扑变化报文后回复，表示收到了。
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两者属于配置BPDU中因Flags置位不同而产生的两种消息。
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Root ID
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网桥ID都是8个字节，前两个字节是网桥优先级，后6个字节是网桥MAC地址。
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Root Path Cost
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根路径开销，本端口累计到根桥的开销。
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Bridge ID
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发送者BID，本交换机的BID。
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Port ID
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发送端口PID，发送该BPDU的端口ID。
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Message Age
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该BPDU消息存在于交换机中的时间（老化时间）。
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Max Age
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类似于保活时间，交换机间周期发送配置BPDU保活，每2秒发送一次，10次后还没收到回包（20秒），就判定对方宕机。MAX Age = 10 * Hello Time。
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Hello Time
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发送两个相邻BPDU间的时间间隔，一般2秒。
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Forward Delay
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控制Listening和Learning状态的持续时间。
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STP选举机制
根桥的选举
在所有交换机中选出一台作为根网桥（Root Bridge），其他交换机都为非根网桥。
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选举规则
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Bridge id小的优先。
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Bridge id
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桥ID，用来标识交换机的身份，简写为BID。
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格式：优先级 - MAC地址
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默认优先级为32768，优先级必须是4096的倍数。
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根端口的选举
每台非根网桥选举出一个根端口（Root Port）。
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选举规则
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到达根网桥开销值小的优先。
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对端交换机BID小的优先。
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端口ID小的优先。
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端口ID
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格式：优先级+端口号（交换机接口编号）。
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优先级取值为0 - 240，默认为128，端口优先级必须是16的倍数。
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开销
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即cost，代表路径耗费的代价和成本，带宽越大，开销越小。
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指定端口的选举
每个物理段上选举出一个指定端口（Designated Port）。
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选举规则
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到达根网桥开销小的优先。
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本机BID小的优先。
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端口ID小的优先。
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闭塞端口的选举
上面的角色选举完成后，剩下的端口就是闭塞端口（Blocked Port）。
注意
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根桥和端口角色的选举同步进行，不存在先后关系。
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选举时间（STP计算的时间）为30秒。
STP端口状态
Disable
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禁用状态，被手动关闭的端口。
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不发送配置BPDU，不进行MAC地址表的学习，不收发数据。
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不接收来自根桥的配置BPDU。
Blocking
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阻塞状态，闭塞端口所在的状态。
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不发送配置BPDU，不进行MAC地址表的学习，不收发数据。
Listening
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监听状态，是一个过度状态，持续时间为15秒。
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发送配置BPDU，不进行MAC地址表的学习，不收发数据。
Learning
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学习状态，也是一个过度状态，持续时间为15秒。
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发送配置BPDU，进行MAC地址表的学习，不收发数据。
Forwarding
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转发状态。
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发送配置BPDU，进行MAC地址表的学习，收发数据。
当网络出现变化（有交换机故障），整个网络的角色将会重新计算，这个过程至少需要30秒（因为Listening和Learning两个状态）。
STP计时器
Hello Time
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配置BPDU的发送周期，2秒。
Max Age
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判断链路故障的时间，10 * Hello Time = 20秒。
Forwarding Delay
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状态切换延迟，15秒。
STP的收敛时间
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初次收敛时间 --- 30秒
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存在故障接口的交换机能迅速接收到来自其他交换机转发的配置BPDU，只需要等待两个状态切换延迟就能收敛。
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拓扑故障再收敛时间 --- 50秒
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存在故障接口的交换机不能接收来自其他交换机转发的配置BPDU，此情况下，需要等待一个Max Age和两个状态切换延迟才能收敛。
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STP拓扑变更机制
STP协议收敛时间为30秒或50秒，当网络中出现故障时，等待STP收敛后就可以正常转发数据了吗？
当网络收敛完成，交换机的MAC地址表是否会有300秒的老化时间。在MAC地址表没刷新前，数据包按照之前的路径走，肯定不可能顺利到达目的地。STP也有解决该问题的方案。
处理方案
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交换机感知到拓扑变更，交换机向根桥发送TCN BPDU。
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Max Age超时、有接口状态变更，都判定为拓扑变更。
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沿途的非根网桥收到TCN BPDU后，会继续向根桥转发。
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根桥收到TCN BPDU后，在下一轮配置BPDU中将TC置位，通告拓扑变更。
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所有交换机收到根桥TC置位的配置BPDU后，将MAC地址表老化时间由300秒缩短到15秒。并向根桥回复TCA置位的配置BPDU。
该机制和收敛同时进行。
