生成树协议（Spanning Tree Protocol，STP）是网络中用于消除环路并提供单一路径转发的协议。在冗余拓扑结构中，如交换机间的环形连接，环路可能导致广播风暴、单帧的多次递交以及桥接表的不稳定性等问题。STP通过构建一个逻辑上的无环树形结构来解决这些问题，确保数据包在网络中沿着单一路径传输，避免了上述不良现象。
9.1 冗余拓扑结构与问题
- **广播风暴**：当网络中存在环路时，一个广播帧会在环路中不断转发，导致带宽消耗并可能使整个网络瘫痪。
- **单帧的多次递交**：数据帧在循环链路中反复传递，可能导致同一帧被多次递交到目的地，浪费网络资源。
- **桥接表的不稳定性**：由于数据帧从不同路径到达，交换机会频繁更新其MAC地址表，造成表项不稳定，影响正常通信。
9.2 生成树协议概述
- **STP历史**：由DEC公司起源，后由IEEE 802.1d标准规范化，目的是为了在保持网络冗余的同时消除环路。
- **STP操作**：STP通过选举根网桥、指定网桥、根端口和指定端口来确定每个网段的最佳路径，并将其他可能形成环路的端口置于阻塞状态。
9.2.2 生成树协议术语
- **BPDU（Bridge Protocol Data Unit）**：STP使用BPDU进行配置信息和状态信息的交换。
- **Bridge ID**：由优先级和MAC地址组成，用于选举根网桥。
- **Root bridge**：网络中优先级最低的网桥，负责整个网络的STP运算。
- **Designated bridge**：每个网段上距离根网桥最近的网桥，负责该网段的数据传输。
- **Root port**：每个非根网桥上到根网桥路径成本最低的端口，用于与根网桥通信。
- **Designated port**：在每个网段上，除了根端口外，用于转发数据到其他网段的端口。
- **NonDesignated port**：非指定端口被置于阻塞状态，防止形成环路。
9.2.3-9.2.6 STP选举与操作
- **根网桥选举**：基于Bridge ID，优先级低者胜出，若优先级相同则MAC地址小者当选。
- **根端口选举**：根据到根网桥的总成本，成本低的端口成为根端口。
- **生成树状态**：交换机端口有四种状态，即阻塞、监听、学习和转发，逐步进入转发状态以确保网络稳定。
- **生成树的重新计算**：在网络拓扑变化时，STP会重新计算生成树，调整端口状态。
9.3 生成树协议诊断命令
- **show spanning-tree**：查看交换机的STP状态信息。
- **show spanning-tree blockedports**：列出所有阻塞状态的端口。
- **show spanning-tree detail**：显示STP的详细配置和状态。
- **show spanning-tree interface**：针对特定端口显示STP信息。
- **show spanning-tree vlan**：查看指定VLAN的生成树配置。
- **show spanning-tree summary**：提供STP的简要概览。
STP通过选举机制和端口状态管理，确保了冗余网络中的环路消除和数据包的正确转发。网络管理员可以通过相应的诊断命令监控和调整STP配置，以优化网络性能和稳定性。
