生成树STP的端口选举机制与过程详解

# 1. 引言

## 1.1 生成树协议(STP)的概述

生成树协议（Spanning Tree Protocol, STP）是一种网络协议，用于在计算机网络中防止网络中的桥接设备出现环路。STP通过协商网桥之间的冗余链路，自动选择一条最佳路径，从而构建出一棵不含环的生成树（Spanning Tree），并且在树上为每条链路指定一条活跃的路径。这有助于确保数据包在网络中稳定可靠地传输，避免数据包在网络中无限循环。

## 1.2 生成树(ST)的基本概念

在生成树协议中，有一些基本概念需要了解：
- 根桥（Root Bridge）：生成树中担当根节点的桥接设备，是整棵生成树的起点。
- 根端口（Root Port）：每个非根桥上与根桥连接的端口，称为根端口。
- 非根桥（Non-Root Bridge）：除根桥外的其他桥接设备。
- 设计根端口的优势与注意事项：在生成树网络中设计根端口的一些优势和需要注意的事项。

接下来，我们将深入探讨生成树协议的端口选举机制，包括根桥选举、根端口选举以及设计根端口的优势与注意事项。

# 2. 端口选举机制

生成树(ST)的端口选举机制是为了确定在生成树中哪些端口应该处于转发状态，哪些应该处于阻塞或者监听状态。这些状态的选择是基于生成树中的根概念。

### 2.1 生成树(ST)的根概念

在生成树中，有且只有一台交换机被选举为根桥（Root Bridge），所有其他交换机都是根桥的下级桥。根桥是生成树中的中心节点，它会影响到后续端口的选举过程。

### 2.2 根桥选举

根桥选举是生成树(ST)中的第一步，通过比较交换机的优先级（priority）和MAC地址（Bridge ID）来确定根桥。

生成树的根桥选举过程如下：

1. 所有交换机启动时默认将自己设为根桥，并将自己的优先级和MAC地址作为根桥的优先级和Bridge ID。
2. 交换机发送BPDU（Bridge Protocol Data Unit）帧广播通知其他交换机自己是根桥，并携带自己的优先级和Bridge ID。
3. 接收到BPDU帧的交换机比较收到的信息与自身的信息，选择优先级最小且MAC地址最小的交换机作为根桥。
4. 如果收到的BPDU帧的优先级和MAC地址均与自身相同，则比较发送BPDU帧的交换机的端口优先级，选择端口优先级较小的交换机作为根桥。

最终，选举出的根桥将影响生成树的后续端口选举过程。

### 2.3 根端口选举

生成树(ST)的根端口（Root Port）是指连接到根桥的端口，每个交换机只能有一个根端口。

根端口选举的过程如下：

1. 交换机的根桥端口是指与根桥相连的端口，如果交换机本身就是根桥，则其所有端口都是根桥端口。
2. 每个交换机通过与相连交换机交换BPDU帧的信息，确定与根桥连接的端口。
3. BPDU帧的优先级和MAC地址用于比较交换机之间的距离，距离较短的交换机的端口将被选为根端口。
4. 如果交换机与根桥的距离相同，则比较端口的优先级，选出优先级较小的端口作为根端口。

### 2.4 设计根端口的优势与注意事项

根端口的设计具有以下优势：

- 根端口是与根桥直接连接的端口，数据包在这些端口上的转发延迟较低。
- 根端口是生成树的根部，它会决定其他端口的状态，因此可以提供更高的网络性能和稳定性。

然而，需要注意以下事项：

- 根端口的选择过程是动态的，可能会发生变化。
- 交换机的端口状态是根据根端口和其他端口的优先级进行调整的，需要维护和监控。

在下一章节中，我们将详细介绍STP的配置和过程，以便更好地理解生成树(ST)的工作