【HCIA-网工探长】12：生成树笔记

0. 前言

我们知道，大部分交换机都是二层交换机，交换机有它自己的三大纪律：

1. 根据源MAC地址学习（记录MAC地址与端口的映射关系）
2. 根据目的MAC地址转发
3. BUM帧泛洪

这里的 BUM 指的是：

• Broadcast：广播
• Unknown Unicast：未知单播
• Multicast：组播

1. 二层环路

当我们人类认为早期的交换机已经设计得天衣无缝时，环路来了。
环路形成后，泛洪出去的帧会反复到达环路上每一个交换机。此时会出现两个问题：一是 广播风暴 ，交换机频繁处理需要泛洪的BUM帧，再无暇处理正常的帧；二是 MAC帧地址漂移 ，交换机是通过源MAC地址学习MAC帧与端口的关系的，可此时MAC帧可以在环路中自由穿梭 —— 也就是说，同一个源MAC地址，一会儿从0端口来了，一会儿又从1端口来了。MAC地址就像漂移一样，让交换机频繁更新映射关系表，造成对应关系彻底混乱。

此时，愤怒的网工们想到一个办法，就是把网线拔了，不让环路形成。
可平静下来后，他们意识到：如果交换机可以主动去阻塞端口，不就相当于物理上把网线拔了吗？ 等到端口可以使用时，再把阻塞的端口打开，不就相当于把拔下来的网线又接上去了吗？

可是，我们应该阻塞哪些端口来让这个环路消失呢？

2. STP的诞生

1984 年，一位卓越的女网工 Radia Joy Perlman 正在处理这个问题。她计划开发出一种简单的协议，使得网桥（交换机的前身）设备可以定位局域网中的环路。她想到了可以使用图论中 生成树（也叫支撑树） 的思路来破除环路。

在网络中的所有网桥上实施的算法允许网桥在网络中指定一个根网桥 。然后，每个网桥映射网络并确定到根网桥的最短路径，从而停用其他冗余路径。

她为这个核心思想写过一首诗：

I think that I shall never see
我想我永远不会看到
A graph more lovely than a tree.
一张比树更可爱的图。
A tree whose crucial property
这个树的关键属性
Is loop-free connectivity.
是无环路连接
A tree which must be sure to span
一个必须确保支撑住图的树
So packets can reach every LAN.
让数据包可以到达每个LAN。

First the root must be selected.
首先，必须选择根
By ID it is elected.
按 ID 选举产生
Least cost paths from root are traced.
跟踪从 root 开始的最低成本路径
In the tree these paths are placed.
把这些路径放置在树中

A mesh is made by folks like me
网络是由像我这样的人制作
Then bridges find a spanning tree.
然后，网桥们找到一个生成树
— Radia Perlman, Algorhyme

3. 如何配置 STP（Spanning Tree Protocol）

首先给出官方文档：STP/RSTP/MSTP配置命令

当前阶段，记住两个命令即可：

stp disable // 关闭STP
stp enable // 开启STP

额外的，配置STP模式为STP stp mode stp ，查看情况时可以 display stp brief ，设置优先级 stp priority 0……

后记

正如本文2中提到的那样，这个协议诞生时，网络中主要使用的交换设备是网桥（network bridge），所以协议中大量出现了 Bridge ，也就是桥的英文单词。

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