STP
生成树协议
STP：Spanning-Tree Protocol，生成树协议，其主要作用是防止网络拓扑中因冗余链路形成的环路。在下图中，三个交换机两两相连，可以看到，SW1的F0/1端口是连线状态为橙色，通过查询，看到如下信息，其中F0/1端口状态是BLK，blocking(阻塞)，为什么会这样呢？
为了解释这个现象，先引入一个术语BPDU：Bridge Protocol Data Unit，桥协议数据单元
BPDU
BPDU，生成树协议定义的一个数据包，该数据包包括网络中所有交换机都需要相互交换的、用于根交换机选举的信息，即Bridge ID，也叫桥ID。Bridge ID包含2个内容：
1. 优先级。优先级默认是32768，范围是0-65535，越小越优先
2. MAC地址。如果优先级一致，对比交换机主板MAC地址，MAC地址越小越优先
通过BPDU，能得到什么呢？网络中的设备在对比优先级后，选举出一台最优先的设备，该设备就是root，即根桥。确定根桥有什么意义呢？根桥一旦确认完成，所有的非根桥都不再发BUDP，只有根桥每2s进行发送，这样也可以优化网络。
需要注意的是，此时的BPDU，相比之前已经有了变化。此时发送的BPDU，不仅包含Bridge ID，还包含Root ID，Root ID的内容仍然是优先级和MAC地址，只是这个优先级和MAC地址是根桥的优先级和MAC地址。
因此以上选举根桥的过程可以表述为：初始状态下，每一台交换机都会发BPDU，因为开始时，都认为自己是根桥，将自己的bridge id作为root id发出去，通过对比优先级和MAC地址，决定出谁才是真正的根桥，之后不是根桥设备的不再发送BPDU
此时的BPDU包含Root ID和Bridge ID，其它设备如何转发处理BUDP呢？根桥将BPDU发送出去时，非根桥设备会保留Root ID，然后将自身的Bridge ID替换根桥的Bridge ID转发出去。记住这一点将非常重要
接下来，再来熟悉另一个术语：根端口，Root Port(RP)。
Root port
根端口是到达根桥最优的端口，根端口的选举会涉及3个方面的内容：
1. 到达根桥的最低路径成本。开销(Port cost )越小，越优先
默认情况下，开销的计算如下：
当然，端口的开销也可以人为进行配置：spanning-tree cost value
2. 最低的发送者网桥ID
当端口开销一样时，如sw3端口f0/1和f0/2开销都是38，此时对比两个端口接收到的bridge ID：f0/1接收到sw1的bridge ID，f0/2接收到sw2的bridge ID，接收到的bridge ID优先级和MAC地址小的端口为根端口(所以，记住BPDU的内容非常重要)
3. 最低的发送者端口ID
如上图，假设sw1是根，那么对于sw0来说，f0/1和f0/2有以下特点：
a.到根的开销都是一样的(19)
b.都接收到sw1的同样的root ID和bridge ID，bridgeid一样，到此为止，不能确定出sw0的f0/1和f0/2哪一个是根端口
c.根桥发送BPDU时，不仅发送了root ID和bridge ID，还会发送Port ID【包括优先级(默认128，最大255，越小越优先)和端口号】
定义是sw1的f0/1发送的port ID是：128.1(优先级128，是SW1的第1个端口)默认情况下，交换机的Port ID是端口号越小，越优先
所以，sw0上要选一个根端口，不是以sw0本身的port ID来选的，而要根据对端的port ID来确定。所以很显然，上图中的sw0端口f0/2是根端口
已经写了很多内容了，但是很显然，STP的内容还没有结束，因为到目前为止，我们还不知道为什么会有一个端口被阻塞了。
再来介绍下一个术语：指定端口，Designated port(DP)。
指定端口
指定端口就是每一段之间(即生成树中的一条链路)，如果其中一端是根端口，那么另一端必然是指定端口(如下图)；对于环路中的另一条链路，如SW1和SW2之间的链路，对比BPDU(实际上是对比Bridge ID)，决策出来指定端口，而另一个端口没有身份，该端口叫非指定端口(Nondesignatedport)。在这里，指定端口的选举规则与根端口的选举规则一致。
在下图中，跟显然，SW0是根桥(为什么？)，到达根桥最优先的端口SW1的F0/1以及SW2的F0/2为根端口Root Port，则该链路的另一端则必为DP；而对于环路中的另一条链路，SW1与SW2之间的链路，对比优先级和MAC地址，选举指定端口为SW2的F0/1，则SW1的F0/2为非指定端口
至此，终于知道阻塞端口了，阻塞端口就是STP环路中的非指定端口，阻塞该端口的目的正是为了实现STP的防环功能。
虽然已经了解了STP的防环机制，但是STP的内容还是没有结束。但是接下来的内容明显要好理解多了
STP中端口的角色
根端口(Root port)：只能接收BPDU，不能发送BPDU
指定端口(Designated port)：发送BPDU。根桥所有的端口都是指定端口
非指定端口(Nondesignated port)：对于BPDU，只能听(listen)，不能转发
交换机刚开始连线时，为什么不能直接进行通信呢？在Packet Tracer模拟器中表现为橙色，然后是绿色。从橙色到绿色的过程中，就是STP开始之前选举至结束的过程。下面开始介绍交换机端口角色变化过程
STP中端口变化过程
端口角色在BPDU的一系列选举中对应端口状态变化
1. Blocking：初始状态，或在决定非指定端口后的端口状态。该状态可以监听BUDP
2. Listening：监听BPDU，不能学习MAC地址，不能转发数据，维持15s左右的时间，这15s一直在发送和接收BPDU，确认端口角色。根桥、根端口、指定端口、非指定端口都在该状态下完成；非指定端口在此时会直接回到block状态
3. Learning：根端口、指定端口在listen状态之后，转到learn状态。该状态下端口可以监听BPDU，学习MAC地址，但还是不能转发数据。该状态仍然维持15s
4. Forwarding：根端口、指定端口在learn状态之后，转到forward状态。根端口和指定端口都会停留在这个状态
5. Disabled：禁用。只要交换机开启生成树，默认所有的接口都会参与生成树，不管对端接的是主机，还是其他设备。如果想要某一个端口不参与生成树，没有端口选举角色，不管BPDU，不防环，那就禁用这个端口。但是不建议禁用，因为禁用不防环，很难查；而且不利于应用
以上介绍的是交换机的防环功能，但是请思考一个问题：在STP的环路中，如果某一条正在工作的链路故障了，交换机如何展现其链路备份，如何开启阻塞端口，如何解决单点失效的问题？
情况一：如果是有阻塞端口的交换机链路发生单点失效，如下图中的sw1-sw2，sw1会立刻感知到，立刻将阻塞端口开启，经过30s状态变为forward
情况二：如果是非阻塞端口所在交换机发生单点失效，如下图中的sw0-sw2，sw1不可能立刻感知到，此时阻塞端口会一直监听BPDU，但是要20s才会超时，才会感知到非直连链路有问题了，阻塞端口被开启后经过30s状态才会变为forward，整个过程历时50s
开启阻塞端口后，仍然不能发送数据，因为之前的MAC地址都是保存在其它的端口，阻塞端口的mac地址表示空的，也就是说，此时仍然没有实现冗余。要实现其冗余功能，需要再介绍一种BPDU报文，TCN BPDU
TCN BPDU
之前介绍过的BPDU，是标准的BPDU报文，也叫配置BPDU。而TCN BPDU，叫特殊的BPDU，Topology Change Notification BPDU，拓扑变更通告BPDU。当发生单点失效时，失效端口所在的交换机如果根端口还在，则会通过根端口向上发送TCN BPDU；此时，收到TCN的设备先回复一个标准的BUDP，告知故障设备已经收到TCN，然后继续向上转发TCN BPDU，最后到达根桥
根桥收到TCN BPDU后，会重新配置BPDU，并将该配置BPDU发送出去，该BPDU会包含TC：拓扑变更(TC位，拓扑变更位)，该配置BPDU只会在收到TCN时发送一次，告知所有端口。端口在收到BPDU时，发现有TC位，立刻将自己的MAC地址老化时间改成15s，进入15s的转发延迟，15s之后，所有的MAC地址被清空
此时再进行数据发送，就都是未知单播，全都没有MAC地址表的映射，全都是广播泛洪，泛洪一两轮之后，已经按照泛洪轨道重新学习了一个新的链路。再有数据发送，就按照新的链路进行发送，而不再是单点失效之前的链路
以上整个过程这个时候才真正实现了生成树的冗余
以上所有内容是标准的生成树协议，叫STP，但是思科有自己的生成树体系，叫pvst
PVST：per VLAN spanning tree，每一vlan运行一颗生成树，缺点是，每一个vlan都要发送BPDU，开销过大；优点：负载均衡
在下图中，三个交换机的优先级一致，但是MAC地址sw1最小，所以，sw1为网桥，对应的端口是指定端口；sw2的MAC地址最大，所以有一个端口被阻塞了
至此STP的理论就结束了，但是此时的根桥以及其它所有角色都是STP协议自定义的，这样就会有一个问题，根桥有可能出现在接入层(如下图)，而汇聚层就会有端口被阻塞，这样就会导致选出来的最优链路，忽上忽下的发送，因此一般情况下，根桥都需要认为指定，这也是STP协议中可能会用到的最大的配置(写了这个多，需要配置的其实就是一条命令而已，-_-||)
配置交换机主根的方法：
在需要配置位根桥的交换机中配置位root primary：
spanning-treevlan 1 root primary
在需要配置位根桥的交换机中配置优先级位4096的整数倍，一般配置位0：
spanning-treevlan 1 priority 0
最后扩展一下，在进行接口配置时，为什么连接终端的交换机端口要配置位access？
因为在OSI模型分层中，主机是高于交换机很多的，因此主机就可以模拟交换机发包，比如 BPDU，最后选举出来主机成为根桥，那么主机就可以窃取所有二层网络中的流量转发。所以在划分vlan之前，需要先将连接主机的端口配置成access，此时不管主机用任何方法模拟交换机发BPDU包，都是不被承认的，而只承认其发送的是数据包
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