生成树(spanning tree)

生成树用于解决交换环路问题，可以有效避免交换环路带来的广播风暴问题，我们通俗的说，解决了网络环境中“短路”的问题。

生成树原理比较复杂，但是规则相对容易理解，了解生成树的工作规律，可以更有效的实施网络互联，是网络工程师交换路由技术的基础技能。

通过五张图，描述下交换环路的选举规则，希望对大家的学习有所帮助。注意本文中所提到的“网桥”，是习惯性称呼，其实就是我们所说的“交换机”。

图1 BID和PID

在学习生成树协议前，先了解两个名词，如图1所示：

BID：网桥识别号，由优先级和网桥本身的mac地址组成，默认优先级32768，例如这个表示方法(32768 0001.6467.E612)，就是一个交换机的BID。

PID：端口识别号，由优先级和端口的ID号组成，默认优先级128，例如这个表示方法(128.1 )，就是某台交换机的第一个接口的PID。

生成树选举流程

了解了以上信息后，我们要进行一连串的“选举”，最终确定要阻塞哪个端口，选举过程流程图2所示：

图2 选举流程

选举流程的核心思想：永远找最小的ID和最短的路径成本！！！

图3 选举根网桥

第一步最简单，先根据每台交换机的BID，选择最小值，作为根网桥，在不改动优先级的前提下，直接看mac地址，最小的就是根网桥，如果要手动指定根网桥，只需要将优先级32768改小就可以了。一个网络中有且只有一个根网桥，其它的都是非根网桥！

图4 在非根网桥上选择根端口

第二步，随着根网桥的确定，非根网桥也确定了，牢记，根端口是在非根网桥上选举的，且每个非根网桥有且只有一个。确定方法是先看到达根网桥的路径成本，成本小的即为根端口，如果成本一样；再看端口对端的交换机BID，BID小的 即为根端口，如果BID也相同(这种情况是可能发生的，比方说两个接口都连接在同一台交换机上)；最后看端口对端所连端口的PID，PID小的即为根端口。根端口只存在与非根网桥上，有且只有一个！

图 5 指定端口的选举

第三步，是最关键的，随着每台非根网桥的根端口确定，剩余端口要选举指定端口，这里我们的注意点由交换机转到每条网线，比较网线两端的端口，记住两点：一是根网桥的所有端口都是指定端口，二是所有根端口网线对端的端口都是指定端口。然后再观察每条“网线”，看端口所属交换机，到达根网桥的路径成本，短的即为指定端口；如果成本相同，再看本地网桥的BID(注意是本地，不是对端，要和根端口的选举有所区别)，小的即为指定端口；如果本地网桥BID也相同，最后比较本地端口的PID(注意还是本地端口)，小的即为指定端口。

经典案例分析

经典案例一分析

默认优先级没有改过，看mac地址，最小的是Switch3为根网桥。然后在非根网桥上找到根端口，发现Switch1的F0/2到达Switch3只有一条线路，而F0/3需要两条线路才能到达Switch3，所以F0/2为根端口，同理Switch2的F0/2也是根端口。最后看网线，确定指定端口，只有一条网线的端口没有确定身份：Switch1--Switch2，先比较两个端口所在交换机的根端口到达根网桥Switch3的路径成本，发现都是一条网线，那么成本一样，再比较两个端口所在交换机的本地BID，很明显，Switch1的小，所以Switch1的F0/3为指定接口。到此选举结束！剩下了Switch2的F0/3，如图，该接口是阻塞状态。

经典案例二分析

默认优先级没有改过，看mac地址，最小的是Switch11为根网桥。然后在非根网桥上找到根端口，一台台来看，Switch9的F0/2口到达Switch根网桥成本比F0/1低，为根端口，同理Swtich10的F0/2口为根端口，Switch8的F0/1和F0/2都经过“两条线路”到达根网桥，成本一样，那么看两个端口对端的交换机BID，发现Switch10的小，那么F0/2为根端口。根端口都确定了，根端口所连的线段对端的端口都是指定端口。最后剩下Switch8--Switch9之间的线路，发现Switch9到达根网桥的路径要比Switch8的短，那么Switch8的F0/1直接阻塞。

经典案例三分析

默认优先级没有改过，看mac地址，最小的是Switch13为根网桥。然后在非根网桥Switch2上找到根端口，注意路径成本一样，对端的BID也一样(同一台，都是Switch13)，那么看对端的PID，注意Switch12 F0/2连接的是对端 F0/1，它的对端PID小，那么它就是根端口。最后确定Switch12 F0/1 和 Switch13 F0/2这个线段，根网桥默认所有接口都是指定接口，最后Switch12的F0/1“被剩下”，变成阻塞状态。

经典案例四分析

默认优先级没有改过，看mac地址，最小的是Switch14为根网桥。然后开始选择非根网桥的根端口，Switch15，根据路径成本F0/1是根端口，Switch18根据路径成本F0/2是根端口，Switch16根据路径成本F0/1是根端口，Switch17根据路径成本F0/2是根端口。根端口选举完毕后所有根端口所在网线的对端端口都是指定接口，最后剩下Switch16--Swtich17间的线段，注意两台交换机到达根网桥都是经过两条现，那么比较本地BID，发现Switch16的小，那么Switch16的F0/2为指定端口，最后剩下Switch17的F0/1接口，变成阻塞状态。

案例总结

生成树协议是交换网络中重要的技术，可以有效防止交换环路，我们在网络拓扑设计中，要尽量避免这种环路的出现。