生成树算法STA

小咪咪 2022-12-27 14:08 122阅读 0赞

**目录**

一、背景

二、生成树算法介绍

三、生成树协议特点

四、生成树算法详细过程

五、例题

六、参考教程

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# 一、背景 #

由于网络中会存在单点故障而导致网络无法访问，系统瘫痪，因此在网络中提供冗余链路即引入备份链路来提高网络的健壮性、稳定性。常见的冗余方式有：链路冗余和设备冗余。好处是，减少单点故障，增加网络可靠性；坏处是，产生交换环路，会导致广播风暴、多帧复制、MAC地址表抖动。因此生成树协议是为了解决环路问题。

生成树协议（Spanning Tree Protocol，STP），是一种工作在OSI网络模型中的第二层(数据链路层)的通信协议，基本应用是防止交换机冗余链路产生的环路。用于确保以太网中无环路的逻辑拓扑结构。从而避免了广播风暴，大量占用交换机的资源。

# 二、生成树算法介绍 #

生成树协议的原理：使冗余端口置于“阻塞状态” ；网络中的计算机在通信时，只有一条链路生效；当原本的链路出现故障时，将处于“阻塞状态”的端口重新打开，从而确保网络连接稳定可靠。

生成树协议的主要功能有两个：一是利用生成树算法，在以太网络中，创建一个以某台交换机的某个端口为根的生成树，避免环路。二是在以太网络拓扑发生变化时，通过生成树协议达到收敛保护的目的。

生成树算法STA（Spanning Tree Algorithm）是生成树协议STP（Spanning Tree Protocol）的核心。它的目标是 ，在包含有物理环路的网络中，构建出一个能够连通全网各节点的树型无环逻辑拓扑。

生成树算法工作：任意一交换机中如果到达根网桥有两条或者两条以上的链路。生成树算法仅仅保留一条，把其他切断，从而保证任意两个交换机之间只有一条单一的活动链路。

# 三、生成树协议特点 #

1）生成树协议提供一种控制环路的方法。采用这种方法，在连接发生问题的时候，以太网能够绕过出故障的节点。

2）生成树中的根桥是一个逻辑的中心，并且监视整个网络的通信。最好不依靠设备的自动选择去挑选哪一个网桥会成为根桥。

3）生成树协议重新计算是繁冗的。恰当地设置主机连接端口(这样就不会引起重新计算)，推荐使用快速生成树协议。

4）生成树协议可以有效的抑制广播风暴。开启生成树协议后抑制广播风暴，网络将会更加稳定，可靠性、安全性会大大增强。

# 四、生成树算法详细过程 #

生成树协议运行生成树算法很复杂，但是其过程可以归纳为以下三个步骤：  
1)选择根网桥；  
2)选择根端口；  
3)选择指定端口并阻塞备用端口。

按照生出树协议的定义，当比较某个STP参数的两个取值时，值小的优先级高。

注意：  
这里所谓的“选举”，是通过网络中的各交换机相互发送生成树协议专用的数据帧BPDU来实现的。

交换机何时发送BPDU，BPDU中又包含着什么信息，我们暂时不管，这有助于我们更轻松地理解生成树算法的三个步骤。

网桥与交换机同义。

**1.选择根网桥**  
在网络中的所有交换机的中，选取出根交换机，剩余的交换机为非根交换机。选择根交换机的依据是网桥ID，网桥ID是由网桥优先级和网桥MAC地址组成的。

1）首先比较网桥的优先级。优先级小的被选为根网桥；

2）当网桥优先级相同的时候，比较MAC地址。MAC地址小的为根网桥。

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**2.选择根端口**

在每个非根交换机上选出一个根端口。  
1）首先比较交换机端口到根路径的成本。根路径成本低的为根端口。

2）当根路径成本相同的时候，比较对端的网桥ID。对端的网桥ID小的为根端口。

3）当网桥ID相同的时候，比较对端的端口ID。对端的端口ID较小的为根端口。

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**3.选择指定端口**

在每个网段选出一个指定端口DP，并且只有一个。

1）根交换机的所有端口都是指定端口DP；

2）根端口的对端端口一定是指定端口DP；

3）同一网段上的端口，到根路径成本最低的；

4）当根路径成本相同的时候，比较这个端口所在的网桥ID，选择一个网桥ID值小的作为指定的端口；

5）当网桥ID相同的时候，比较端口ID值，选择较小的作为指定端口。

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图中的绿线即为，最后形成的逻辑上无环的树型网络拓扑。

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# 五、例题 #

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# 六、参考教程 #

[https://www.bilibili.com/video/BV1St411d7uD?from=search&seid=12602488321507368580][https_www.bilibili.com_video_BV1St411d7uD_from_search_seid_12602488321507368580]

bilibili——湖科大教书匠——计算机网络第09讲-交换机的生成树协议STP-生成树算法STA（计算机网络简明教程及仿真实验）

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