一、環路的產生
- 網絡中通過多交換機、多條鏈路來提高鏈路的冗余性，避免單點故障導致業務中斷，雖然能夠提升網絡可靠性，但同時也會帶來環路問題。
二、環路引發得問題
- 廣播風暴：
當交換機收到一個從主機發過來的單播幀（或者廣播幀）時，假如交換機沒有該目的主機的MAC地址表項，此時交換機會在除了接收端口以外的端口泛洪出去，而其他交換機在接受到也會做同樣的操作。這樣會導致同樣的幀在不停地被轉發，形成廣播風暴。
- MAC地址表翻轉（震盪）
交換機MAC地址更新是基於報文的接收端口的，像上面所述，交換機之間形環之后，最終報文還是會轉發回到第一個接收的交換機（從主機接收報文的交換機），那么這時交換機會把與主機連接的端口和MAC更新為最近接收到報文的端口和MAC地址，因為環路可能是多向的，所以會導致MAC地址表不停在更新。
三、STP原理
生成樹協議STP（Spanning Tree Protocol），在提供高可靠性的同時又能避免環路帶來的問題。STP通過阻塞端口來消除環路，使用網絡鏈路冗余備份。在形成環路的網絡交換機會根據STP的協議具體規定來阻塞某端口，來消除環路， 當在環路上發生故障，會釋放阻塞端口實現備份鏈路傳輸。
- 根橋選舉：每個交換機上都會有 橋ID（Bridge ID），橋ID由16位的橋優先級（Bridge Priority）和48位的MAC地址構成，在選舉根橋時交換機會互發BPDU報文，通過比較里面的優先級（0-65535，默認32768），數值小的優選，如果優先級相等，則會比較MAC地址，同樣數值小的優選。
STP定義了三種端口角色分別是：根端口、指定端口、備份端口
- 根端口選舉：非根交換機在選舉根端口時分別依據該端口的根路徑開銷、對端BID、對端PID和本端PID。選舉時會比較根路徑開銷，如果相同，則會比較對端BID；如果對端BID相同，則比較對端PID，如果還相同，則比較本端PID，小者優先。一般與根交換連接的端口都是根端口。
- 指定端口選舉：在選舉了根端口之后其他的端口會再次進行比較來選擇指定端。每個網段都應該有一個指定端口，根橋的所有端口都是指定端口（除非根橋在物理上存在環路）。
- 預備端口：選擇完根端口和指定端口，剩下的就是預備端口。其他端口為預備端口，被阻塞，不能轉發數據，只能夠從所連網段的指定交換機接收到BPDU報文，並以此來監視鏈路的狀態。
STP協議的設備上端口狀態有5種：
- Forwarding：轉發狀態。端口既可轉發用戶流量也可轉發BPDU報文，只有根端口或指定端口才能進入Forwarding狀態。
- Learning：學習狀態。端口可根據收到的用戶流量構建MAC地址表，但不轉發用戶流量。增加Learning狀態是為了防止臨時環路。
- Listening：偵聽狀態。端口可以轉發BPDU報文，但不能轉發用戶流量。
- Blocking：阻塞狀態。端口僅僅能接收並處理BPDU，不能轉發BPDU，也不能轉發用戶流量。此狀態是預備端口的最終狀態。
- Disabled：禁用狀態。端口既不處理和轉發BPDU報文，也不轉發用戶流量。
兩類BPDU:
- BPDU：包含橋ID、路徑開銷、端口ID、計時器等參數，交換機通過STP協議來交換BPDU來選舉根橋，並定義端口角色。
在網絡拓撲穩定以后，只有根橋主動發送配置BPDU，其他交換機在收到上游傳來的配置BPDU后，才會發送自己的配置BPDU。
- TCN BPDU：指下游交換機感知到拓撲發生變化時向上游發送的拓撲變化通知
計時器：
- Message Age：配置BPDU在網絡中傳播的生存期。配置BPDU報文每經過一個交換機，Message Age都加1。
- Max Age：配置BPDU在設備中能夠保存的最大生存期。如果Message Age大於Max Age（Max Age的超時默認值為20秒），非根橋會丟棄該配置BPDU。
- Hello Time：配置BPDU發送的周期。
- Forward Delay：端口狀態遷移的延時。
故障分析：
- 根橋故障
STP拓撲中交換機通過周期性的BPDU來監視鏈路狀態，如果下游交換機收不到根橋對的BPDU，那么會在計時器Max age（20秒）超時后，重新選舉根橋，也就是SWB和SWC會重新進行選舉。
到 forwording狀態大概需要50秒（Max Age 20 s+兩倍Forward Delay 15s×2 = 50s ）
- 直連鏈路故障
SWB檢測到直連鏈路物理故障后，會將預備端口轉換為根端口。SWB新的根端口會在30 秒（Alternate端口會遷移到Listening、Learning、Forwarding）后恢復到轉發狀態。
- 非直連鏈路故障
非直連鏈路故障（非物理層故障），SWB因此一直收不到來自SWA的BPDU報文，SWC的Alternate端口再也不收到包含原根橋ID的BPDU報文，SWC會切換Alternate端口為指定端口並且轉發來自其根端口的BPDU報文給SWB。所以，Max Age定時器超時后，SWB、SWC幾乎同時會收到對方發來的BPDU。SWC的預備端口恢復到轉發狀態大約需要50秒。
- 拓撲改變導致MAC地址表錯誤
MAC地址表項的默認老化時間是300秒。在這段時間內，SWB無法將數據從G0/0/2端口轉發給主機B。
本例中，SWB中的MAC地址表項定義了通過端口GigabitEthernet 0/0/3可以到達主機A，通過端口GigabitEthernet 0/0/1可以到達主機B。由於SWC的根端口產生故障，導致生成樹拓撲重新收斂，在生成樹拓撲完成收斂之后，從主機A到主機B的幀仍然不能到達目的地。這是因為MAC地址表項老化時間是300秒，主機A發往主機B的幀到達SWB后，SWB會繼續通過端口GigabitEthernet 0/0/1轉發該數據幀。
- 拓撲改變導致MAC地址表變化（加速老化）
拓撲變化過程中，根橋通過TCN BPDU報文獲知生成樹拓撲里發生了故障。根橋生成 TC用來通知其他交換機加速老化現有的MAC地址表項。
拓撲變更以及MAC地址表項更新的具體過程如下： SWC感知到網絡拓撲發生變化后，會不間斷地向SWB發送TCN BPDU報文。
SWB收到SWC發來的TCN BPDU報文后，會把配置BPDU報文中的Flags的TCA位設置1，然后發送給SWC，告知SWC停止發送TCN BPDU報文。
SWB向根橋轉發TCN BPDU報文。 SWA把也配置BPDU報文中的Flags的TC位設置為1后發送，通知下游設備把MAC地址表項的老化時間由默認的300秒修改為Forward Delay的時間（默認為15秒）。
最多等待15秒之后，SWB中的錯誤MAC地址表項會被自動清除。此后，SWB就能重新開始MAC表項的學習及轉發操作。
四、STP常用配置命令
stp mode stp // 生成樹的工作模式 stp root primary | stp priority 0 | stp instance 0 root primary // 手配根橋 stp priority 4096 |…… // 改優先級 ，手配備份根橋（其他primary改為secondary） stp edged-port enable // 配置邊緣端口 dis stp topology-change // 查看stp震盪狀態 display stp brief // 查看接口角色 display stp interface // 命令查看端口的STP狀態