以太网交换网络中为了进行链路备份，提高网络可靠性，通常会使用冗余链路。但是使用冗余链路会在交换网络上产生环路，引发广播风暴以及MAC地址表不稳定等故障现象，从而导致用户通信质量较差，甚至通信中断。为解决交换网络中的环路问题，提出了生成树协议STP（Spanning Tree Protocol）。运行STP协议的设备通过彼此交互信息发现网络中的环路，并有选择的对某个接口进行阻塞，最终将环形网络结构修剪成无环路的树形网络结构，从而防止报文在环形网络中不断循环，避免设备由于重复接收相同的报文造成处理能力下降。

二层环路带来的问题

STP（Spanning Tree Protocol）

在网络中部署生成树后，交换机之间会进行生成树协议报文的交互并进行无环拓扑计算，最终将网络中的某个（或某些）接口进行阻塞（Block），从而打破环路。且会通过报文监控网络的拓扑结构，正常情况下是将SW3上的一个接口进行阻塞（Block），从而打破环路，当监控到SW1与SW3之间出现链路故障则
恢复阻塞端口进入转发状态。

STP 基本概念

桥ID

在STP中，每一台交换机都有一个标示符，叫做Bridge ID或者桥ID，桥ID由16位的桥优先级（Bridge Priority）和48位的MAC地址构成。在STP网络中，桥优先级是可以配置的，取值范围是0～65535，默认值为32768,可以修改但是修改值必须为4096的倍数。优先级最高的设备（数值越小越优先）会被选举为根桥。如果优先级相同，则会比较MAC地址，MAC
地址越小则越优先。

根桥

STP的主要作用之一是在整个交换网络中计算出一棵无环的“树”（STP树）。根桥是一个STP交换网络中的“树根”,STP开始工作后，会在交换网络中选举一个根桥，根桥是生成树进行拓扑计算的重要“参考点”，是STP计算得出的无环拓扑的“树根”。网络收敛后，根桥会按照一定的时间间隔产生并向外发送配置BPDU，其他设备仅对该报文进行处理，传达拓扑变化记录，从而保证拓扑的稳定。

Cost

每一个激活了STP的接口都维护着一个Cost值，接口的Cost主要用于计算根路径开销，也就是到达根的开销。接口带宽越大，则Cost值越小，用户也可以根据需要通过命令调整接口的Cost。

RPC

在STP的拓扑计算过程中，一个非常重要的环节就是“丈量”,交换机某个接口到根桥的“成本”，也即RPC。一台设备从某个接口到达根桥的RPC等于从根桥到该设备沿途所有入方向接口的Cost累加,在本例中，SW3从GE0/0/1接口到达根桥的RPC等于接口1的Cost加上接口2的Cost。

Port ID

运行STP的交换机使用接口ID来标识每个接口，接口ID主要用于在特定场景下选举指定接口。接口ID由两部分构成的，高4 bit是接口优先级，低12 bit是接口编号激活STP的接口会维护一个缺省的接口优先级，在华为交换机上，该值为128。用户可以根据实际需要，通过命令修改该优先级。

BPDU

为了计算生成树，交换机之间需要交换相关的信息和参数，这些信息和参数被封装在BPDU
中。BPDU有两种类型：配置BPDU和TCN BPDU。配置BPDU包含了桥ID、路径开销和端口ID等参数。STP协议通过在交换机之间传递配置BPDU来选举根交换机，以及确定每个交换机端口的角色和状态。在初始化过程中，每个桥都主动发送配置BPDU。在网络拓扑稳定以后，只有根桥主动发送配置BPDU，其他交换机在收到上游传来的配置BPDU后，才会发送自己的配置BPDU。TCN BPDU是指下游交换机感知到拓扑发生变化时向上游发送的拓扑变化通知。

BPDU报文格式

配置BPDU转发过程

端口角色

STP定义了三种端口角色：指定端口，根端口和预备端口

指定端口是交换机向所连链路发配置BPDU的端口，每个链路有且只有一个指定端口。一般情况下根桥的每个端口都是指定端口。
根端口是非根交换机去往根桥路径最优的端口。在一个运行STP协议的的交换机上最多只有一个根端口，但是根桥上没有根端口
如果一个端口既不是根端口也不是指定端口，则此端口为预备端口。预备端口将被阻塞。

STP工作流程

一.选举根桥

交换机在刚启动时都认为自己是根桥，互相发送配置BPDU进行STP运算，配置BPDU中包含自己的桥ID，当交换机收到来自其他设备的BPDU，会将BPDU中的根桥ID和自己的桥ID比较，最后根据拥有最小桥ID的交换机成功为根桥，其余的为非根桥，根桥的角色是可抢占的。如图三台交换机的桥优先级相同则比较MAC地址，SW1的MAC地址最小，则SW1为根桥

2.非根交换机选举出一个根接口

每一台非根交换机都会在自己的接口中选举出一个根接口，由根端口作为非根交换机和根交换机的报文交互的端口。在选举出根桥后，根桥还会不停的发送BPDU，而非根桥会不断的接受BPDU，根据不同端口接收到的BPDU来判断哪个最优，选举顺序具体如下:

一.RPC，越小越优

二.上行交换机的BID，越小越优

三.上行端口的PID，越小越优

四.本地交换机的PID，越小越优

3.在每条链路上选举一个指定端口

网络中的每个链路于根桥之间的工作路径必须是唯一且最优的。当一个链路中有两条及以上的路径通往根桥时，与该链路相连的交换机就必须选出唯一的指定端口。根接口选举出来以后，非根桥会使用其在该接口收到的最优BPDU进行计算，让将计算出来的配置BPDU与除了根接口之外的所有其他接口所受到的BPDU进行比较，比较更优着成为指定接口，选举过程：

一.RPC

二.BID

三.PID