简述stp的工作原理

STP（Spanning Tree Protocol），中文意思为生成树协议，是一种网络协议，旨在解决通过交换机互连时所产生的环路问题，从而保证网络的可靠性和稳定性。本文将从多个角度对STP的工作原理进行分析。

一、背景

在以太网中，当通过交换机进行互连时，可能会出现环路的情况，即两个或多个交换机形成了一圈连接。此时，数据包沿着这个圈一直循环转发，导致整个网络瘫痪。为避免这种情况的发生，STP协议应运而生。

二、基本原理

STP的基本原理是建立一棵生成树，将原来的环路剪除，使得数据包可以在树上无环地转发。生成树的根节点为树上最低优先级的桥接器（Bridge），也称为根桥接器（Root Bridge）。每个桥接器都有一个唯一标识，称为桥接器ID（Bridge ID）。通常情况下，桥接器ID由一个优先级和一个MAC地址组成。生成树的建立过程中，每个桥接器都会计算出到根桥接器的最短路径，根据路径长度选择一个端口作为树上端口，其他端口作为阻塞端口（Blocking Port）或备用端口（Alternate Port）。

三、生成树计算

生成树的计算过程分为如下几个步骤。

（1）选出根桥接器。网络中所有桥接器的优先级都不相同。优先级越低的桥接器越有可能被选为根桥接器。如果两个桥接器的优先级相同，则MAC地址越小的桥接器优先级更高。

（2）计算每个桥接器到根桥接器的路径长度。路径长度的计算方式是，从桥接器开始，沿着树上不断选择最短路径，直到到达根桥接器。这个过程中，每台桥接器都需要广播Bridge Protocol Data Units（BPDU），用于传递信息。

（3）选择树上端口。每个桥接器都选择一些端口作为阻塞端口或备用端口，只有一个端口被选为树上端口。选出树上端口的原则是，到根桥接器的路径最短的端口成为树上端口，其他端口都被设置为阻塞端口或备用端口。

（4）计算更新速率。STP的标准更新速率是2秒，不过根据具体情况可以缩短或延长。

四、BPDU

BPDU是Bridge Protocol Data Unit的缩写，是桥接器之间交换信息的基本单位。它包含了桥接器ID、根桥接器ID、路径长度等信息。每个桥接器都会发送、接收BPDU，并根据BPDU计算生成树。BPDU的传输流程可以简述为：发送者将BPDU通过全网广播，每个接收者收到BPDU后，根据其中的信息更新自己的生成树。

五、优化

特别的，STP在实际应用过程中容易出现的缺陷是收敛速度过慢。针对这个问题，STP有两种优化方法：端口优先级（Port Priority）和端口成本（Port Cost）。端口优先级的设置可以让指定端口优先走树上路线，从而加快收敛速度。端口成本是指一个数据包从一个端口传输到下一个端口的时间，成本越小的端口越容易被选为树上端口。

六、总结

STP是一种可以保障网络可靠性和稳定性的网络协议。它通过生成树的方式，解决了以太网互连时的环路问题，并且采用BPDU实现了桥接器之间的信息交换。此外，STP还提供了端口优先级和端口成本的优化方法，加快了收敛速度，提高了网络的可用性。