生成樹協議（Spanning Tree Protocol，簡稱 STP）是一個二層網路協議，用於防止區域網（LAN）中的二層環路。它透過阻塞冗餘鏈路上的某些埠來形成一個無環路的樹狀結構，同時保證網路的冗餘性。
- 標準協議： 最初由 IEEE 定義為 802.1D，後續的改進協議如 RSTP（802.1w）和 MSTP（802.1s）更適用於現代網路。
- 核心理念： 在冗餘的二層拓撲中自動阻止一部分埠形成環路，但在主鏈路故障時可以快速啟用備用鏈路。
生成樹協議的作用
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防止二層環路：
- 在區域網中，如果存在冗餘鏈路，廣播流量會在網路中無限迴圈，導致廣播風暴，最終使網路癱瘓。
- STP 透過阻止某些埠，確保只有一個路徑是活動的，其餘路徑作為備用。
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提供冗餘：
- 如果主鏈路故障，STP 會自動啟用備用鏈路，恢復網路連通性。
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提高網路穩定性：
- 自動檢測和修復拓撲問題，避免手動干預。
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實現流量最佳化：
- 在有多條鏈路的情況下，確保流量按照最優路徑轉發。
生成樹協議的工作原理
STP 的核心機制基於以下幾步：
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選舉根橋（Root Bridge）：
- 網路中所有交換機會透過 BPDU（橋協議資料單元）交換資訊，優先順序最低的交換機被選為根橋。
- 優先順序（Priority）值越小，越可能成為根橋。預設優先順序為
32768。
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計算根埠（Root Port）：
- 每臺非根橋裝置選擇通往根橋的最短路徑，並標記該路徑的埠為根埠。
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選舉指定埠（Designated Port）：
- 在每條網路段上，負責轉發資料的埠被標記為指定埠。
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阻塞非必要埠（Blocking Ports）：
- 所有剩餘的埠被阻塞，防止環路發生。
生成樹協議的型別
- STP（802.1D）：
- 標準生成樹協議，收斂速度較慢（30-50秒）。
- RSTP（802.1w）：
- 快速生成樹協議，收斂速度提高到幾秒。
- MSTP（802.1s）：
- 多生成樹協議，支援多例項生成樹，適合複雜網路。
生成樹協議的實際應用
場景 1：簡單二層網路防環路
拓撲結構：
- 兩臺交換機（SW1 和 SW2）透過兩條鏈路互聯，形成環路。
- STP 自動阻塞一條鏈路，防止廣播風暴。
操作步驟：
- 啟用 STP：
- STP 會選舉一臺交換機為根橋，假設 SW1 成為根橋。
- SW2 的一個埠會進入阻塞狀態，流量透過另一條鏈路傳輸。
效果：
- 環路被消除，網路穩定。
- 當主鏈路故障時，備用鏈路會自動啟用。
場景 2：冗餘核心交換網路
拓撲結構：
- 核心層（Core1 和 Core2）透過堆疊鏈路相連。
- 接入層交換機（Access1 和 Access2）同時連線到 Core1 和 Core2。
問題：
- 接入層交換機到核心層的連線存在環路風險。
解決方法：
- 配置生成樹協議：
- 設定優先順序，確保 Core1 為根橋，Core2 為備份：
- Access1 和 Access2 的部分埠會被阻塞，形成無環路的樹狀結構。
效果：
- 主鏈路故障時，備用鏈路自動啟用，保證網路可靠性。
- 消除了二層環路，提高了網路穩定性。
場景 3：無線網路中的生成樹協議
拓撲結構：
- 無線控制器（AC）連線到核心交換機。
- 接入層交換機透過鏈路聚合與核心交換機連線。
問題：
- 多條鏈路的冗餘設計可能引發環路。
解決方法：
- 啟用 RSTP：
- 將無線 AP 所在埠設定為邊緣埠：
效果：
- 生成樹協議消除網路環路。
- 邊緣埠加快終端裝置的連線速度。
生成樹協議的優缺點
優點：
- 自動檢測和阻止環路，提升網路穩定性。
- 提供冗餘鏈路，增強網路的容錯能力。
- 動態調整拓撲，無需人工干預。
缺點：
- 配置不當可能導致冗餘鏈路未被充分利用。
- 傳統 STP 收斂速度較慢，在網路變化時可能造成短暫中斷。
總結
生成樹協議是現代二層網路中不可或缺的協議，它透過防止環路和自動修復故障鏈路，保證了網路的穩定性和可靠性。在企業網路中，透過合理配置生成樹協議，可以有效解決冗餘鏈路問題，並提供快速的故障恢復能力。