生成树协议的各种类型

在以太网网络中，交换机通过帧来在设备之间传输数据。然而，如果交换机之间存在多条可使用的路径（例如，当交换机相互连接时），就可能会出现环路现象。这种情况下，帧会无限循环下去，从而导致广播风暴、CPU利用率过高以及网络拥塞等问题，进而严重影响网络的性能。生成树协议（Spanning Tree Protocol, STP）这是一种网络协议，用于防止此类以太网网络中出现环路现象。

它采用树状结构，其中各个交换机都会选择其中一个根交换机作为自己的起点，然后计算出到达该根交换机的最短路径。网络拓扑结构会被调整，以形成无环的路径结构；同时，那些冗余的路径会被置于待机状态。

生成树协议的各种类型

有几种不同的变体/形式STP这些协议被用于满足不同的网络需求，每种协议都相对于原始标准具有特定的改进和优化。最常见的STP类型包括：

IEEE 802.1D

这也被称为CST（通用生成树）。这是一种由IEEE所制定的生成树标准，它只选择一种路径作为主干路径。根桥在整个拓扑结构中，所有的流量都通过相同的路径传输（即通往根桥的最佳路径）。不过，这种情况并不总是成立，因为有时候，为了达到某个目标，最优路径可能会发生变化。VLAN这与通过选择根桥所得到的路径是不同的。CST通过阻塞冗余路径来防止环路的产生，只允许任意两个交换机之间有一条有效的路径。不过，它对变化的反应速度较慢，可能需要长达32秒才能完成收敛过程。
优点：

• 更少CPU以及所需的存储空间。
• 简单易懂，且能在不同的网络设备中得到广泛支持，因此易于实施。

缺点：

• 这种优化方式其实并不理想。因为，被计算为通往根桥的最佳路径，未必就是能够顺利到达网络中的最佳路径。
• 没有负载均衡。

快速生成树协议（RSTP）

这是一种在特定基础上开发的跨标准。IEEE 802.1w与CST相比，RSTP的收敛速度更快，但其核心思想仍然是在拓扑结构中找到一条有效的路径来连接各个节点。RSTP通过快速检测链路故障，并利用端口的快速状态转换来消除冗余路径，从而确保网络中没有环路。虽然RSTP所需的桥接资源比CST更多，但比PVST+要少一些。

优点：

• 能够防止网络循环的发生。
• 避免了重复劳动。
• 更快的收敛速度。
• 与 STP 版本向后兼容。

缺点：

• 与经典STP相比，它需要更多的CPU资源和内存来运行。
• 在大型网络中，进行配置可能会变得相当复杂。
• 它不支持每个VLAN的负载均衡功能，因为它为所有VLAN都使用同一个生成树结构来分配资源。

多生成树协议（MSTP）

该标准由IEEE制定。在标准中，VLAN被分组处理，而每个VLAN组内都运行RSTP协议。实际上，这是一种基于另一套生成树协议的生成树协议。通过这种方式，可以避免环路的产生，因为多个生成树实例可以阻止冗余路径的传输，从而确保网络中的数据传输既高效又无环路。
优点：

• 高冗余度
• 可以实现负载均衡。
• 需要降低CPU和内存的占用率。

缺点：

• 需要更多的配置工作，而且实施起来并不容易。
• 由于多个生成树实例同时运行，因此出现了复杂的故障排除问题。

基于VLAN生成树协议 + PVST+

这是一种由Cisco开发的生成树标准，用于其设备上。该标准能够为每个VLAN找到根桥。它是Cisco默认的STP版本。它为每个VLAN分别创建独立的802.1d生成树实例。此外，它还具备与802.1d或CST的向后兼容性。通过阻止每个VLAN内的冗余路径，该标准可以避免环路的产生，从而确保每个VLAN只有一条活跃的传输路径。这种方式有助于优化每条路径的选择过程。VLAN不过，它的收敛速度与 CST 一样缓慢。
优点：

• PVST+在优化网络性能方面比CST做得更好，因为它能够根据每个VLAN来选择合适的根桥设备。
• 带宽消耗比CST要低。
• 实现了最优的负载均衡。

缺点：

• 这个过程相当缓慢，因为CST的收敛时间也很长。默认情况下，Cisco交换机需要50秒才能完成收敛过程。
• 需要更多的资源（如CPU和内存）。

快速VLAN生成树算法 + (RPVST+)

该STP标准由Cisco公司开发。与PVST+相比，它的收敛速度更快。该标准为每个VLAN单独配置802.1w规范。通过快速阻断每个VLAN内的冗余路径，从而防止环路的产生。不过，与其他STP标准相比，该标准需要更多的CPU和内存资源来运行。

优点：

1. 与PVST+等较旧的协议相比，RPVST+能够在网络发生变更时更快地恢复正常运行状态，从而减少了系统停机的时间。
2. 它为每个VLAN都运行一个独立的生成树实例，从而能够实现更高效、更灵活的网络负载均衡。

缺点：

1. 由于需要为每个VLAN维护独立的生成树结构，因此这种方式需要更多的CPU资源和内存资源。
2. 为多个VLAN管理多个生成树结构可能会变得非常复杂，同时解决相关问题的难度也会增加。
3. 与非思科品牌的设备之间的兼容性有限，这可能会导致混合供应商网络中的互操作性问题。