STP生成树协议，为此次学习当中概念较多，机制较为复杂的一个协议。后续也将附上案例将逐渐完善。此文由躺平bro同学提供思维导图支持。
本文所借鉴网站：
STP工作原理及配置
STP 基本概念
STP 选举
STP 计算过程
运行stp服务的设备彼此之间可以交互各自的设备相关信息(BPDU)从而发现网络中的环路，并通过一系列计算阻塞其中一个端口从而达到破除环路的目的，最开始未被阻塞端口假如损坏的话，被阻塞端口就会重新运行。
STP工作过程
1）选举根桥(比桥ID)
2）选举根端口：（比较RPC，对端桥ID，对端端口ID）每一台非根桥上都有且只有一个根端口。
3）选举指定端口：（比较RPC,链路对端桥ID，链路对端端口ID）每条链路上有且只有一个指定端口。
4）选举预备端口：（阻塞端口），不是根端口也不是指定端口的就是预备端口。
STP名词介绍
1.选出根桥：每个交换机运行STP后，会有个桥ID，桥ID最小的交换机为根桥。每一台运行STP的交换机都拥有一个唯一的BID在STP网络中。桥ID由桥优先级+MAC地址组成。如桥优先级相同，则比较MAC地址大小，MAC地址小的为根桥。桥优先级是可配置，范围是0～65535，默认为32768, 可修改但修改值必须为4096的倍数。
2.选出根端口：RP。每个非根桥上，选出1个接口为根端口。收到BPDU最优的端口就是根端口。
3.Cost开销：每个激活了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，也就是达到根的开销，接口的缺省cost除了与速率，工作模式有关，还与交换机使用的STP Cost计算有关。接口带宽越大，cost值越小。用户可以根据通过命令调整接口的cost值.Cost标准需要一致。用户也可以根据需要通过命令调整接口的Cost。
4.RPC：根路径开销。在STP的拓扑计算过程中，非常重要的环节即丈量交换机某个接口到根桥的成本，也就是RPC。一台设备从某个接口到达根桥的RPC等于根桥到该接口所有入方向的接口的cost的累加。请注意不是从交换机接口的到根桥的开销总和。而是从根桥到交换机接口的入方向的开销总和。计算RPC时，要以交换机进行计算，如一台交换机接入三个接口接入三台交换机，计算时要从此交换机中出发进行计算，非根桥通过对比多条路径的路径开销，选出到达根桥的最短路径，这条最短路径的路径开销被称为RPC，并生成无环树状网络。根桥的根路径开销是0。（用于选举根端口RP及指定端口DR）
5.Port ID：接口ID。运行STP的交换机使用接口ID来标识每个接口，接口ID主要用与在特定场景下选举指定接口。接口ID由两部分构成的，高4bit是接口优先级，低12bit是接口编码。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。端口优先级取值范围是0到240，步长为16，即取值必须为16的整数倍。
6.BPDU：BPDU是STP能够正常工作的根本。BPDU是STP的协议报文。STP交换机之间会交互BPDU报文，这些BPDU报文携带一些重要信息。BPDU分为两种：BPDU即TCN BPDU。
1）配置BPDU：由根桥始发，发送给个非根交换机。
2）TCN BPDU：非根交换机假如发现网络拓扑发生变化的情况下才会被触发。
BPDU报文格式：
配置BPDU的比较原则
7.选出指定端口：DP。所有交换机，一个接口发送的BPDU比收到的BPDU更优，则是指定接口。（根桥所有接口的都是指定接口，而每条链有有且只有一个指定端口）
8.阻塞其他端口：非DP非RP的接口为阻塞接口。
STP运行过程
1.选举根桥
STP在交换网络中最开始工作后，每个交换机都认为自己是根桥，所以都对外发送配置BPDU，但是互相比较后选择出拥有最小桥ID的交换机作为根桥(也就是先比较优先级后比较mac地址 桥id=优先级+mac地址)。根桥的角色可抢占。当有更优的BID的交换机加入网络时，网络会重新进行STP计算，选出新的根桥.
2.选举根端口
2.1）在非根桥交换机上选择一个距离根桥最近的端口作为根端口（一个非根桥设备上最多只能有一个根端口），用来接收根桥不断发送的BPDU。
作用：保证了交换机与根桥之间只有唯一确定且是最优的一条工作路径。
小窍门：一般和根桥相对的端口就是根端口，因为一般情况下它距离根端口最近。
比较对象：同一台交换机上的不同端口。从同一台交换机中的所有链接的端口出发，到根桥的最短路径。
比较的值：从根桥通过不同路径到达本交换机的累计总开销。
2.2）选择
对于LSW11 判断根端口，将会收到LSW9和LSW10的BPDU，此时比较LSW9和LSW10的交换机的桥ID，对接桥ID小的端口则会成为根端口，所以在下面的LSW11的g0/0/2为根端口。(箭头为BPDU的发送方向)
2.3）根端口比较过程:首先比较路径上的Cost值，cost相同的话比较对端的桥ID，对端桥ID如果还相同的就比较对端的端口ID（PID）,对端端口如果还相同的话（接在hub上 几乎绝迹，理论存在）就比较自己的PID（都是越小越优先。箭头为BPDU的发送方向。）。
3.选举指定端口
因为一般一台交换机上可能接入多个设备，所以必须选举出一个固定的接受BPDU的端口(根端口)，以及一个固定的向其他交换机发送BPDU信息的端口(指定端口)，每一条链路只有一个指定端口发送BPDU信息即可，一般根桥上都是指定端口。
指定端口比较过程：先比较RPC，相同的话比较链路两端的桥ID，还相同的比较链路两边的端口ID（都是越小越优先）。
比较对象：同一个物理网段上相连的不同交换机，不看端口，从整台交换机出发。
比较的值：每台交换机声称的、从根桥到达它自己的累计总开销。
4.确立阻塞端口
我们在stp网络中确立了根端口和指定端口后，交换机上剩余的所有非根端口和指定端口都为预备端口（阻塞端口），STP会对这些预备端口进行逻辑上的阻塞，使这些端口不能转发用户数据帧，当STP拓扑网络中产生了阻塞端口后，STP网络内也就没有了环路。
STP的接口状态
禁用(Disable)：该接口不能收发BPDU，也不能收发业务数据帧。（接口down）
阻塞(Blocking)：该接口被STP阻塞，处于阻塞状态的接口不能发送BPDU，但会持续侦听BPDU，而且不能收发业务数据帧，也不会进行MAC地址学习。
侦听(Listening)：当网络拓扑有变化时，则会进行侦听。当接口处于该状态时，STP初步认定该接口为根接口或指定接口，但接口依旧处于STP计算的过程中，此时接口可已收发BPDU，但不能收发业务数据帧，也不会进行MAC地址学习。（持续时间为15S）
学习(learning)：当接口处于该状态时，会侦听业务数据帧（但不能转达业务数据帧），并且收到业务数据帧后进行MAC地址学习，（持续时间为15S）
转发(Forwarding)：处于该状态的接口可以正常地收发业务数据帧，也会进行BPDU处理。接口的角色需是根接口或指定接口才能进入转发状态。
配置命令
[Huawei] stp mode { stp | rstp | mstp } /*交换机支持STP、RSTP和MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol）三种生成树工作模式，默认情况工作在MSTP模式。
[Huawei] stp root primary /*配置当前设备为根桥。缺省情况下，交换机不作为任何生成树的根桥。配置后该设备优先级数值自动为0，并且不能更改设备优先级。
[Huawei] stp root secondary /*配置当前交换机为备份根桥。缺省情况下，交换机不作为任何生成树的备份根桥。配置后该设备优先级数值为4096，并且不能更改设备优先级。
[Huawei] stp priority priority /*缺省情况下，交换机的优先级取值是32768，需要设置为4096的倍数，最小为0。
[Huawei] stp pathcost-standard { dot1d-1998 | dot1t | legacy } /*配置接口路径开销计算方法。缺省情况下，路径开销值的计算方法为IEEE 802.1t（dot1t）标准方法。同一网络内所有交换机的接口路径开销应使用相同的计算方法。
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] stp cost cost /*设置当前接口的路径开销值。
[Huawei-intf] stp priority priority /*配置接口的优先级。缺省情况下，交换机接口的优先级取值是128。需要设置为16的倍数，最小为0。
[Huawei] stp enable
根桥发生故障时，总共恢复时常要50S.
直连线路发生故障时，总共恢复时常要30S.
非直连线路发生故障时，总共恢复时常要50S.
RSTP
对于起标准STP，RSTP有快速收敛的作用且可以破除自环功能。
RSTP的接口角色有四种：根接口，指定接口，预备接口（Alternate port 根接口发生故障时，则会快速启动变成根端口）和备份端口 Backup port 指定端口故障时，则会快速启动变成预备端口，在交换机自环时此接口会发挥作用。
边缘端口：边缘端口一般与用户终端直连，可以跳过STP计算，由Disabled状态直接转到Forwarding状态，直接节约30s。
边缘端口开启命令：
[sw1]int g0/0/3 //进入对接PC的端口
[sw1-GigabitEthernet0/0/3]stp edged-port enable //开启边缘接口
全局下开启边缘端口,一旦边缘端口接受配置，则会丧失边缘属性，变成普通STP端口，从而引起网络震荡。（虽然端口下查看状态还是edged）
[sw1]stp edged-port default
RSTP报文格式
其报文与标准STP大差不离，BPDU type 中的状态发生了修改，从标准stp的0x00 变更为0x02，重点使用了Flag字段。
第2-3 bit中代表现在端口角色，一共有三种状态形式：
1）01：则代表为BP端口或AP端口；
2）10：则代表为RP端口；
3）11：则代表为DP端口；
第4-5 bit中代表现在端口状态，一共有三种状态形式：
1）00：如出现此比特组合，则为Discarding 堵塞状态；
2）01：如出现此比特组合，则为Learning 学习状态；
3）11：如出现此比特组合，则为forwarding 转发状态；
端口状态不同
RSTP的状态3种
不装发用户流量也不学习MAC地址，那么接口状态就是Discarding，不转发用户流量但学习MAC地址，那么接口状态就是Learning，即转发用户流量又学习MAC地址，那么接口状态就是Forwarding。
配置BPDU的处理
老化或失效时间从原来的20s缩短至6s，
直连线路发生故障时，总共恢复时常要1S.
非直连线路发生故障时，总共恢复时常要1S.
快速收敛机制--P/A机制
P/A机制。RSTP通过P/A机制加快了上有端口进入Forwarding的状态速度。在RSTP中，当一个端口被选举成为指定端口之后,会先进入Discarding状态，再通过P/A机制快速进入Forwarding状态。
在STP中，该端口至少要等待一个Forward Delay（Learning）时间才会进入到Forwarding状态。（30s）而RSTP引用PA机制。
P/A机制，只存在于DP端口和RP端口之间且没有进入转发状态时发生，DP端口发送P=1即propose=1，RP端口进行A=1即agreement=1，工作过程如下：
1.由DP端口发出Propose=1的BPDU（此作用为提议对端RP端口是否可以补登30S，直接进入转发状态）；
2.收到P-1的BPDU的交换机将所有DP端口临时堵塞，（SYNC同步）；
3.完成SYNC同步后，RP端口回应A=1的BPDU；
4.RP端口收到后进入转发状态；
5.根桥的DP端口收到后知道了下游无环，立刻进入转发状态，其他A就是给P的回应；
6.后续交换机以此类推，只要存在DP,RP端口则继续进行，直至到最后出现AP端口和DP端口结束。
P/A机制目的就是为了临时堵住DP端口，创造无环状态，摆脱计时器。
MSTP
RSTP在STP基础上进行了改进，实现了网络拓扑快速收敛。但在划分VLAN的网络中运行RSTP/STP，局域网内所有的VLAN共享一棵生成树，被阻塞后的链路将不承载任何流量，无法在VLAN间实现数据流量的负载均衡，导致链路带宽利用率、设备资源利用率较低。为了弥补RSTP/STP的缺陷，IEEE于2002年发布的802.1S标准定义了MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol，多生成树协议）。MSTP兼容STP和RSTP，通过建立多棵无环路的树，解决广播风暴并实现冗余备份。
MSTP是IEEE 802.1S中定义的生成树协议，MSTP兼容STP和RSTP，既可以快速收敛，又提供了数据转发的多个冗余路径，在数据转发过程中实现VLAN数据的负载均衡。
MSTP可以将一个或多个VLAN映射到一个Instance（实例），再基于Instance计算生成树，映射到同一个Instance的VLAN共享同一棵生成树。所谓实例就是一组VLAN的集合。当配置了MSTP后，STP的计算不再基于VLAN，而基于实例，大大的减少了STP计算时的资源消耗。同时还能解决之前所有VLAN共用一棵树无法流量负载分担的问题。
MSTP名词介绍
MST Region（Multiple Spanning Tree Region，多生成树域），也可简称MST域。MSTP域。就是一个名称，MSTP域名需一致。其中Digest 字段中使用md5加密，Digest的字段很重要且一定要一致，如各交换机出现不同的Digest则为配置区域时实例和vlan间的对应关系不同导致。
查看域的配置信息：
display stp region-configuration disgest
MSTI（Multiple Spanning Tree Instance，多生成树实例）MSTI使用Instance ID标识，华为设备取值为0~4094。MSTP instance 实例=vlan 集合，交换机中的实例中的vlan需要一致。MSTP instance 实例一般缩写为MSTI。一般缩写实例1为MSTI1，实例2为MSTI2.配置MSTP中。所有交换机都要创建对应的VLAN。所有的trunk都要放行对应的vlan
CST（Common Spanning Tree，公共生成树）是连接交换网络内所有MST域的一棵生成树。如果把每个MST域看作是一个节点，CST就是这些节点通过生成树协议计算生成的一棵生成树。
IST（Internal Spanning Tree，内部生成树）是各MST域内的一棵生成树。IST是一个特殊的MSTI，MSTI的Instance ID为0。实例0的转发根据标准生成树标准进行选举。
CIST（Common and Internal Spanning Tree，公共和内部生成树）通过生成树协议计算生成的，连接一个交换网络内所有交换设备的单生成树。
stp mode mstp
stp region-configuration
region-name xxx
instance 1 vlan x
instance 2 vlan y
revions-level 1（默认开启且为1）
active region-configuration //激活配置区域，方可显示区域内的配置信息,配置好后可以将上述的配置复制粘贴到其他交换机中，确保全部执行相同的配置。
LSW1中配置
stp instance 1 priority 0 //设置instance 1 及 vlan x的优先级，则全网的vlan x会从这个instance 1 的接口优先通过
stp instance 2 priority 4096 //设置instance 2 及 vlan y的次优先级
LSW2中配置
stp instance 2 priority 0 //设置instance 2 及 vlan y的优先级，则全网的vlan y会从这个instance 2 的接口优先通过
stp instance 1 priority 4096 //设置instance 1 及 vlan x的次优先级
LSW3中配置
display stp instance 1 brief
display stp instance 2 brief
总结
一个开启STP协议的非根桥交换机，端口会有三种可能性：根端口，指定端口及阻塞端口。先通过桥ID确立根桥，因为根桥上的端口均为指定端口。一条链路中有一个指定接口，那么对端为根接口。因为根端口一般为与根桥直连的端口，因为根路径开销最短。当确立非根交换机的根端口后，则可以确定剩下的的端口为根接口或阻塞端口。因为非根交换机只有一个根端口且链路中也只有一个指定端口。当根路径开销及对端桥ID比较出最优的则是指定端口，另外一个将变成阻塞端口。如下面例子：
开启STP后，当出现环路，各交换机会发送BPDU，比较各交换机的桥ID，越小越优，由于各交换机的优先级相同，那么比较MAC地址，可看出LSW2的MAC地址最小，那么LSW2的为这个STP环境中的根桥。
确定好根桥，LSW1，LSW3，LSW4的上各接口到根桥的根路径花销中LSW1的G0/0/1和LSW2G的0/0/1是最小，由于对端为指定端口，一个非交换机只有一个根端口且一条链路中只有一个指定端口，所以LSW1的G0/0/1和LSW3的G0/0/1为根端口。当确定根端口后则确定指定端口，即LSW1的G0/0/2和LSW3的GG0/0/2。
因为非根交换机有一个根端口，所以LSW4要在两个接口中选举根端口，由于G0/0/1和G0/0/2的跟路径开销相同，那么则比较对端桥ID，由于LSW3的桥ID比LSW1的桥ID小，则LSW4的G0/0/1口为根端口。由于选出最后的根端口，则G0/0/2为阻塞端口。
此处实验的阻塞端口有多个。
各接口显示如下：
如将根桥中的两根线中做链路聚合。现在由于链路聚合是将多根网线聚合成一根逻辑链路。所以Eth-trunk1为一条链路，则不存在上述LSW2的G0/0/2及G0/0/3的端口状态。
各接口显示如下：
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