STP（生成树协议）是运行在交换机上的二层破环协议，环路会导致广播风暴、MAC地址表震荡等后果，STP的主要目的就是防止二层网络中环路的产生。
一、STP工作原理
选举三要素：（桥ID、端口ID、开销）
桥ID=优先级（值越小优先级越大越优，默认为32768）+MAC（值越小越优）
端口ID=端口优先级（默认128，范围0-255，越小越优）+端口编号（应该是越小越优）
开销cost=此桥或此端口到根桥的路径开销,带宽越大开销值越小（越小越优）
根桥选举过程：
按顺序进行比较（优先级>MAC）越小越优
a. 先比较BID中的优先级，具有最小优先级的交换机定为根桥。
b. 如果优先级一样，再比较BID中的MAC地址，MAC地址最小的确定为跟桥。
根端口选举过程：
按顺序进行比较（到根桥的路径开销>对端交换机的BID>对端的端PID>本段的PID）越小越优
a. 非根桥交换机上，到根桥的根路径开销最小的端口，即为该非根交换机的根端口
b. 如果根路径开销相同，则比较对端交换机的BID，越小越优
c. 如果对端交换机的BID相同，则比较对端的PID，越小越优
d. 如果对端的PID相同，则比较本端的PID，越小越优。
指定端口选举过程：
按顺序进行比较（到根桥的路径开销>交换机的BID>交换机的PID）越小越优
a. 在各个链路上，到根桥的根路径开销最小的端口，即为指定端口
b. 如果根路径开销相同，则比较两端交换机的BID，越小越优
c. 如果对端交换机的BID相同，则比较两端交换机的PID，越小越优
阻塞端口：
最后，其余既不是根端口也不是指定端口的都是阻塞端口。
注意：
a.根交换机上所有端口都是指定端口
b.每条链路只有一个指定端口
二、STP的端口状态
（1）Disabled：禁用状态。 端口既不处理和转发BPDU报文；也不转发用户流量。端口会在这种状态下停留10秒钟时间。
（2）Blocking：阻塞状态。 端口仅仅能接收并处理BPDU，不能转发BPDU；也不能转发用户流量。默认端口会在这种状态下停留20秒钟时间。
（3）Listening：侦听状态。 端口可以接收和转发BPDU报文；但不能转发用户流量。默认该端口会在这种状态下停留15秒钟的时间。
（4）Learning：学习状态。 端口可根据收到的用户流量构建MAC地址表，但不转发用户流量。默认端口会在这种状态下停留15秒钟时间。
（5）Forwarding：转发状态。端口既可转发用户流量也可收发BPDU报文，只有根端口或指定端口才能进入Forwarding状态。默认端口会在这种状态下停留15秒钟时间。
禁用状态：不收发任何报文
阻塞状态：不接收或转发数据，接收但不发送BPDU，不进行地址学习
监听状态：不接收或转发数据，接收并发送BPDU， 不进行地址学习
学习状态：不接收或转发数据，接收并发送BPDU， 开始地址学习
转发状态：接收或转发数据， 接收并发送BPDU， 开始地址学习
三、STP的时间参数
（1）Hello Time（hello时间）：发送BPDU的时间间隔，默认为2秒，当拓扑稳定后，只有在根桥上修改才有效。TCN BPDU的发送不受此定时器管理。
（2）Forward Delay Time（转发延迟）：指一个端口处于Listening和Learning状态的各自持续时间，默认是15秒。即Listening状态持续15秒，随后Learning状态再持续15秒。
（3）Max Age（最大生存时间）：端口的BPDU报文老化时间，可在根桥上修改，默认是20秒。
四、STP的两种报文类型（配置BPDU由指定接口发送，TCN BPDU由根端口发送）
（1）配置BPDU:在收敛过程中，每台交换机都从自己激活了STP的接口向外发送配置BPDU。收敛完成后，只有根桥才会周期性的发送配置BPDU（缺省周期为2s），非根桥在自己的根接口上收到上游的配置BPDU后，立即被触发产生自己的配置BPDU，然后从指定接口上发送出去。常所说的BPDU报文就是指配置BPDU。
（2）TCN BPDU: TCN BPDU用于在网络拓扑发生变化时向根桥通知变化的发生。当网络拓扑发生变化时，远离变化点的交换机无法直接感知变化的发生，其MAC地址表项也就无法快速刷新。通过TCN BPDU可以解决这个问题。
RSTP
STP的四种保护机制
（1）BPDU保护
当边缘接口收到BPDU后，该接口立即变成一个普通RSTP接口，这个过程可能引发网络中RSTP重新计算，从而对网络产生影响。通过在交换机上激活BPDU保护功能可解决该问题。激活该功能后，如果边缘接口收到BPDU，则交换机立即把接口关闭，同时触发告警。
（2）根保护
由于错误配置或恶意攻击，网路中根桥可能会收到优先级更高的BPDU报文，从而导致拓扑变化，导致RSTP重新计算。部署根保护功能可保证根桥的稳定性。在根桥的指定接口上激活根保护功能后，该接口如果收到更优的BPDU，则会忽略这些BPDU，并且将该接口切换到丢弃状态，如果接口不再收到更优的BPDU，则过一段时间后（通常为两倍的转发延迟时间），接口会自动恢复到转发状态。注意，根保护功能只有在指定接口上激活才有效。
（3）环路保护
当由于网络拥塞，导致下游交换机收不到上游交换机的配置BPDU，在规定时间内，下游交换机没有收到，则会开启闭塞端口，选定端口角色，可能会导致临时环路。配置环路保护后，如果在规定周期内，没有收到上游交换机的BPDU则会闭塞上游端口。
（4）拓扑变更保护
如果网络中存在攻击者恶意发送TCN BPDU，将导致交换机频繁清除MAC地址表，就会导致网络不稳定，交换机性能收到极大影响。交换机激活拓扑变更保护后，将在单位时间（缺省2s）内只进行一定次数的TC BPDU处理，对超出部分，则必须等待一段时间后进行处理。
1.端口角色的重新划分（3+2-1）
新增了两种角色：都是用来做备份的，本质上也是被阻塞的。去掉了阻塞端口。
（1）根端口
（2）指定端口
（3）backup 备份端口 ：Backup端口作为指定端口的备份，提供了另外一条从根桥到非根桥的备份链路。
（4）alternate 预备端口 ：Alternate端口作为根端口的备份端口，提供了从指定桥到根桥的另一条备份路径。
2.端口状态的重新划分
状态由5种缩减为三种
Discarding (丢弃状态）：不转发流量，也不学习MAC地址
Learning （学习状态）：不转发流量，但是学习MAC地址
Forwarding（转发状态）：既转发流量，也学习MAC地址
P/A机制：其目的是使一个指定端口尽快进入Forwarding状态，从而加速生成树收敛，它是一种握手机制。
（1）SW1和SW2立即通过各自的接口发送BPDU，开始都认为自己是根桥
（2）经过BPDU交互后，选举出根桥、根端口、指定端口，接口停止发送BPDU，都进入丢弃状态。
（3）接下来P/A机制发生。SW1的0/0/1接口处于丢弃状态，故SW1从0/0/1发送P置位的BPDU。
（4）SW2收到P置位的BPDU后，会立即启动一个同步机制。将所有非边缘端口全部阻塞，然后答复SW1他这里不存在环路。（已经处于丢弃状态的接口缺省已完成同步，而边缘接口不参与该过程，除此之外，交换机处于转发状态的指定接口需要切换到丢弃状态以便完成同步）
（5）SW2立即将根接口0/0/2切换到转发状态，并向SW1发送A置位的BPDU。
（6）SW1收到P置位的BPDU后，立即将0/0/1切换到转发状态，此时PC1和PC2便可实现通信。
（7）由于SW2的指定接口0/0/4仍处于丢弃状态，因此他会继续向下游交换机发起一个P/A过程，以此类推。
边缘端口的特点：
1.边缘端口一般与用户终端设备直接相连
2.边缘端口不参与RSTP运算，但会往外发送BPDU
3.边缘端口的启动或关闭不会出发拓扑变化
4.P/A机制中，边缘端口不阻塞，可持续进行流量转发
5.边缘端口在端口UP之后立即进入转发状态；不需等待2倍的转发延时就可转发流量
6.一旦边缘端口收到配置BPDU，就丧失了边缘端口的属性,成为普通的STP端口，并重新进行生成树计算，从而引起网络动荡
MMSTP（多生成树协议）
STP/RSTP的缺陷：所有VLAN共享一颗生成树，阻塞链路被完全浪费，无法实现不同VLAN在多链路上负载分担
MSTP的优点：基于实例计算出多颗生成树，实例间实现负载分担。
IST（内部生成树）:每个MST域独立计算的内部生成树实例
CST（公共生成树）:把每个MST域当做一台交换机组成的单生成树
CIST（公共内部生成树）:CST+IST
CIST域根：每个IST的根网桥
CIST总根：整个CIST的根网桥
Master端口：CST的根端口。（单域MSTP中不存在Master端口，多域中，根域不存在该端口，其他域只有一个该端口）
交换机在同一个域的必要条件：
（1）域名一致
（2）修订级别一致
（3）实例和VLAN的映射关系一致