生成树协议(STP PVST CST RSTP MSTP)笔记.pdf

生成树协议（STPPVSTCSTRSTPMSTP）笔记

和其他协议一样，生成树协议也是随着网络的不断发展而不断更新换代的。本文按照技术发展的
主线，介绍了生成树协议的发展历程、近期热点和未来的发展方向。
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。
由于生成树协议本身比较小，所以并不像路由协议那样广为人知。但是它却掌管着端口的转
发大权—“小树枝抖一抖，上层协议就得另谋生路”。真实情况也确实如此，特别是在和别的协
议一起运行的时候，生成树就有可能断了其他协议的报文通路，造成种种奇怪的现象。
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。本文标题中的“生
成树协议”是一个广义的概念，并不是特指IEEE802.1D中定义的STP协议，而是包括STP以及
各种在STP基础上经过改进了的生成树协议。
在生成树协议发展过程中，老的缺陷不断被克服，新的特性不断被开发出来。按照大功能点
的改进情况，我们可以粗略地把生成树协议的发展过程划分成三代，下面一一道来。
开天辟地的第一代生成树协议：
STP/RSTP
在网络发展初期，透明网桥是一个不得不提的重要角色。它比只会放大和广播信号的集线器
聪明得多。它会悄悄把发向它的数据帧的源MAC地址和端口号记录下来，下次碰到这个目的MAC
地址的报文就只从记录中的端口号发送出去，除非目的MAC地址没有记录在案或者目的MAC地址
本身就是多播地址才会向所有端口发送。通过透明网桥，不同的局域网之间可以实现互通，网络
可操作的范围得以扩大，而且由于透明网桥具备MAC地址学习功能而不会像Hub那样造成网络报
文冲撞泛滥。
但是，金无足赤，透明网桥也有它的缺陷，它的缺陷就在于它的透明传输。透明网桥并不能
像路由器那样知道报文可以经过多少次转发，一旦网络存在环路就会造成报文在环路内不断循环
和增生，甚至造成恐怖的“广播风暴”。之所以用“恐怖”二字是因为在这种情况下，网络将变
得不可用，而且在大型网络中故障不好定位，所以广播风暴是二层网络中灾难性的故障。
在这种大环境下，扮演着救世主角色的STP（SpanningTreeProtocol）协议来到人间，其
中以IEEE的802.1D版本最为流行。

图1生成树工作过程示意图
STP协议的基本思想十分简单。大家知道，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协议中定义了根桥（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。用于构造
这棵树的算法称为生成树算法SPA（SpanningTreeAlgorithm）。
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。
要了解生成树协议的工作过程也不难，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。在图1所示
的网络中，各网桥都以默认配置启动，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，例如图1中的SW1，它的所有端口的角色都成为指定端口，进入
转发状态。
接下来，其他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。假设图1中SW2和SW2、SW3之间的链路是千兆GE链路，SW1和SW3之间的链路
是百兆FE链路，SW3从端口1到根桥的路径开销的默认值是19，而从端口2经过SW2到根桥的
路径开销是4+4=8，所以端口2成为根端口，进入转发状态。同理，SW2的端口2成为根端口，
端口1成为指定端口，进入转发状态。
根桥和根端口都确定之后一棵树就生成了，如图中实线所示。下面的任务是裁剪冗余的环路。
这个工作是通过阻塞非根桥上相应端口来实现的，例如SW3的端口1的角色成为禁用端口，进入
阻塞状态（图中用“×”表示）。
生成树经过一段时间（默认值是30秒左右）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。
当然生成树协议还有很多