STP（Spanning TreeProtocol）802.1D是一种二层管理协议，该协议可应用于在网络中建立树形拓扑，消除网络中的环路，并且可能以一定的方法实现路径冗余，适用于所有厂商的网络设备。
各版本生成树协议兼容性：
| 名称 | 全称 | 兼容性 | IEEE | 状态 | 特征 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| STP | 生成树协议 | Spanning TreeProtocol | 无 | IEEE 802.1D | 公有 | 基于端口 |
| RSTP | 快速生成树协议 | Rapid Spanning Tree Protocol | STP | IEEE 802.1W | 公有 | 基于端口 |
| PVST | VLAN生成树 | Per VLAN Spanning Tree | 无 | Cisco私有LSP中继协议 | Cisco私有 | 基于vlan |
| PVST+ | VLAN生成树+ | Per VLAN Spanning Tree+ | 兼容RSTP、不兼容MSTP | 基于IEEE 802.1W | Cisco私有 | 基于vlan |
| MSTP | 多生成树协议 | Multiple Spanning Tree Protocol | STP、RSTP、不兼容PVST、PVST+ | IEEE 802.1S | 公有 | 基于实例 |
- Bridge ID（BID）
网桥ID，用于选举根网桥。BID=StpBridgePriority优先级（默认32768，取值范围0-65535）+48bit的网桥MAC地址。
- Port ID（PID）
端口ID，用于各种端口的选举。PID=StpPortPriority优先级（默认128，取值范围0-255）+Cost（路径开销）。
- Root ID（RID）
根桥的桥ID就叫RID。
- Edged Port
边缘端口，RSTP之后新增端口类型，允许从阻塞状态（20s）直接进入转发状态，边缘端口的UP/DOWN不会触发拓扑改变，且不会被PA协商阻塞。
端口类型
| 端口角色 | 英文名称 | 所在位置 | 解释 |
|---|---|---|---|
| 禁用端口 | Disable Port | 非根网桥、根网桥 | 生成树中不起作用的端口。 |
| 根端口 | Root Port（RP） | 非根网桥 | 非根交换机上距离根交换机最近的端口，根端口会将数据传送给根桥用于传输，是交换机端口去往跟桥的最佳路径，每个非根设备上有且只能有一个根端口。 |
| 替代端口 | Alternative Port | 非根网桥 | 备份根端口，优先级仅次于根端口的被选举为替代端口，工作在稳定拓扑中为Drop状态。（除STP外都有） |
| 指定端口 | Design Port（DP） | 非根网桥、根网桥 | 根网桥下所有端口均为指定端口；非根网桥来说每一网段均有一个指定端口，用于和根网桥收发该网段数据使用，每个端口同时只可能属于一种状态下。 |
| 备份端口 | Backup Port | 非根网桥 | 备份指定端口，优先级仅次于根端口的被选举为备份端口，工作在稳定拓扑中为Drop状态。（除STP外都有） |
| 阻塞端口 | Block Port（BP） | 非根网桥 | 不转发数据，被阻塞了的端口，只侦听BPDU报文。 |
端口状态
| 端口角色 | 英文名称 | 所在位置 | 解释 |
|---|---|---|---|
| 禁用 | Disabled | 非根网桥、根网桥 | 不收发任何报文。（端口未被启用） |
| 阻塞 | Blocking | 非根网桥、根网桥 | 不接收或者转发数据，接收但不发送BPDU，不进行地址学习。（端口启用后会立即进入阻塞状态，如果老化时间内未收到BPDU，则进入侦听状态，默认老化时间20s，调节范围：6-40s） |
| 侦听 | Listening | 非根网桥、根网桥 | 不接收或者转发数据，接收并发送BPDU，不进行地址学习。（用于确定根，根端口和指定端口默认时间15s，调节范围4-30s） |
| 学习 | Learning | 非根网桥、根网桥 | 不接收或者转发数据，接收并发送BPDU，开始进行地址学习。（用于学习MAC地址，为转发状态做准备，并防止因侦听状态下突然发生的拓扑变更造成的环路、断路问题默认时间15s） |
| 转发 | Forwarding | 非根网桥、根网桥 | 接收或者转发数据，接收并发送BPDU，进行地址学习。（正常工作状态） |
端口状态流机
- 端口初始化或使能，进入阻塞状态。
- 老化时间到进入监听状态（20s）。
- 端口的临时状态停留时间到，进入下一状态（学习状态或转发状态），端口被选举为根端口或指定端口（15s）。
- 端口不再是根端口、指定端口或指定状态，进入阻塞状态。
- 端口被禁用或链路失效。
1、链路启动Disabled->2、阻塞Blocking（最大老化时间20s）->3、侦听Listening（转发延迟15s）->4、学习Learning（15s）->5、转发Forwarding
生成树算法SPA(Spanning TreeAlgorithm)：（依此步骤依次进行）
一、选举根网桥
1、priority值小的交换机优先。
2、mac地址小的交换机优先。
每台网络中的交换机启动后都会认为自己是根桥，会在BPDU中写入自己的BID，然后向外泛洪。
当交换机收到其他比自己优先级高的BID后，他会把正在发送的BPDU中的Root BID替换为优先级较高的Root BID，再向外发送。
当所有交换机都比较完BID后，优先级最高的会被选举为根桥。如果有新交换机接入进来，也会在网络中进行通告，并可能引发拓扑变更，造成网络中断。
二、选举根端口
1、cost值小的端口优先。
2、BID的priority值小的交换机优先。
3、BID的mac值小的交换机优先。
4、发送者BID相同，比较发送者PID。
5、发送者PID相同，比较接受者的PID。
三、选举指定端口
1、cost值小的优先。
2、BID值小的优先。
3、PID值小的优先。
四、阻塞端口
端口选举完成后会阻塞除根端口和指定端口外的其他所有端口
1、每个网络中只有一个根网桥。
2、每个非根网桥只有一个根端口。
3、每个网段只能有一个指定端口。
4、根网桥无根端口。
5、根网桥端口全为指定端口。
STP拓扑变更流程
- 发生拓扑变更的交换机先由根端口向根桥发送TCN BPDU（BPDU报文中TYPE字段=0x80）。
- 中间交换机在收到了变更交换机发送上来的TCN BPDU后，会继续向自己的上一级交换机发送TCN BPDU，并且回送一个TCA
BPDU（FLAG字段中TCA位为1的配置BPDU）的确认信息给变更交换机。 - 根桥接收到TCN后意识到了拓扑变化，会向所有网桥发送TC BPDU（BPDU FLAG字段中TC位为1持续时间为Forward
Delay Time + Max Age，默认35s）。 - 交换机们收到根桥发出来的TC
BPDU后，会将自己的MAC地址表的老化时间由缺省的300s减少为15s（用于加快MAC地址学习速度），直到一段时间内不再收到根桥的TC
BPDU为止。
STP链路开销（Path Cost）值：
| 链路速度 | 新版 | 旧版 |
|---|---|---|
| 10Gbps | 2 | 1 |
| 1Gbps | 4 | 1 |
| 100Mbps | 19 | 10 |
| 10Mbps | 100 | 100 |