?STP生成樹的原理

STP（Spanning Tree Protocol）是生成樹協議的英文縮寫。該協議可應用于在網絡中建立樹形拓撲，消除網絡中的環路，并且可以通過一定的方法實現路徑冗余，但不是一定可以實現路徑冗余。生成樹協議適合所有廠商的網絡設備，在配置上和體現功能強度上有所差別，但是在原理和應用效果是一致的。

STP的基本原理是，通過在交換機之間傳遞一種特殊的協議報文，網橋協議數據單元（Bridge Protocol Data Unit，簡稱BPDU），來確定網絡的拓撲結構。BPDU有兩種，配置BPDU（Configuration

BPDU）和TCN BPDU。前者是用于計算無環的生成樹的，后者則是用于在二層網絡拓撲發生變化時產生用來縮短MAC表項的刷新時間的（由默認的300s縮短為15s）。

Spanning Tree Protocol(STP)在IEEE802.1D文檔中定義。該協議的原理是按照樹的結構來構造網絡拓撲，消除網絡中的環路，避免由于環路的存在而造成廣播風暴問題。

Spanning Tree Protocol(STP)的基本思想就是按照"樹"的結構構造網絡的拓撲結構，樹的根是一個稱為根橋的橋設備，根橋的確立是由交換機或網橋的BID（Bridge ID）確定的，BID最小的設備成為二層網絡中的根橋。BID又是由網橋優先級和MAC地址構成，不同廠商的設備的網橋優先級的字節個數可能不同。由根橋開始，逐級形成一棵樹，根橋定時發送配置BPDU，非根橋接收配置BPDU，刷新最佳BPDU并轉發。這里的最佳BPDU指的是當前根橋所發送的BPDU。如果接收到了下級BPDU（新接入的設備會發送BPDU，但該設備的BID比當前根橋大），接收到該下級BPDU的設備將會向新接入的設備發送自己存儲的最佳BPDU，以告知其當前網絡中根橋；如果接收到的BPDU更優，將會重新計算生成樹拓撲。當非根橋在離上一次接收到最佳BPDU最長壽命（Max Age，默認20s）后還沒有接收到最佳BPDU的時候，該端口將進入監聽狀態，該設備將產生TCN BPDU，并從根端口轉發出去，從指定端口接收到TCN BPDU的上級設備將發送確認，然后再向上級設備發送TCN BPDU，此過程持續到根橋為止，然后根橋在其后發送的配置BPDU中將攜帶標記表明拓撲已發生變化，網絡中的所有設備接收到后將CAM表項的刷新時間從300s縮短為15s。整個收斂的時間為50s左右。

生成樹協議最主要的應用是為了避免局域網中的單點故障、網絡回環，解決成環以太網網絡的“廣播風暴”問題，從某種意義上說是一種網絡保護技術，可以消除由于失誤或者意外帶來的循環連接。STP也提供了為網絡提供備份連接的可能，可與SDH保護配合構成以太環網的雙重保護。新型以太單板支持符合IEEE 802.1d標準的生成樹協議STP及IEEE 802.1w規定的快速生成樹協議RSTP，收斂速度可達到1s。

但是，由于協議機制本身的局限，STP保護速度慢（即使是1s的收斂速度也無法滿足電信級的要求），如果在城域網內部運用STP技術，用戶網絡的動蕩會引起運營商網絡的動蕩。目前在MSTP 組成環網中，由于SDH保護倒換時間比STP協議收斂時間快的多，系統采用依然是SDH MS-SPRING或SNCP，一般倒換時間在50ms以內。但測試時部分以太網業務的倒換時間為0或小于幾個毫秒，原因是內部具有較大緩存。SDH保護倒換動作對MAC層是不可見的。這兩個層次的保護可以協調工作，設置一定的“拖延時間”（hold-off），一般不會出現多次倒換問題。

顧明 老師 上海騰科

2018.02.23 提交上傳