stp协议工作原理

STP（Spanning Tree Protocol）协议是一种用于在局域网中避免环路带来的数据包冲突的协议。STP协议的出现解决了LAN（Local Area Network）中因有环路而产生的广播风暴问题，保证了网络的稳定性和可靠性。本文将从STP协议的基本原理、设计思路以及实现方式三个角度来分析STP协议的工作原理。

一、基本原理

STP协议的基本原理是建立网络中的一棵“最小生成树”，可以将该树理解为一个无环的有向图。在一棵生成树中，所有桥接设备只有一个相对的根桥，而在所有非根桥之间会形成唯一的一条路径。每个非根桥通过指定的根桥记录自己到根桥的“距离”，并根据此距离来确定其在生成树中的位置。

当局域网中有新的桥接设备加入时，STP会重新计算生成树，根据当前网络拓扑并选择骨干桥。而当前生成树中的一部分设备的选择可能会改变，因此，STP需要在对接入设备的配置信息和生成树信息处理之后，才能找出最优的生成树。

二、设计思路

STP协议主要设计了以下三种机制来保证网络的安全，防止环路产生：

1.生成树：局域网中的任意一棵生成树可以确保在该网络中只有一个有效路径可以到达目标设备，在保证无环的前提下，可以保证数据不会出现死循环、回环或丢失等问题。

2.端口状态：对于以太网中的每个物理端口，STP协议规定可以处于以下三种状态之一：占主状态(PM)、占备状态(PA)、占堵塞状态(PB)。只有在占主状态的端口中才可以正常接收和发送数据包。

3.配置协商：当新的设备加入到网络时，STP会发送BPDU（Bridge Protocol Data Unit）消息，以通告整个局域网的拓扑结构。同时，当端口的状态发生变化时，也会发送BPDU到网络中。

三、实现方式

在实际应用中，STP协议主要有以下两种实现方式：

1.基于硬件的STP：

基于硬件的STP具有更高的可靠性和性能，可有效防止因软件漏洞而引发的安全威胁。硬件实现STP协议的桥接设备在处理数据包时，可以直接从数据包头部中解包分析帧的协议类型，从而确定路由方案，并避免数据循环和重复发送。常见的基于硬件的STP协议设备包括Cisco、Juniper和Huawei等。

2.基于软件的STP：

基于软件的STP协议则是利用计算机的软件算法来实现。计算机根据STP协议的规则计算生成树，并向网络中各个设备发送BPDU消息，以计算出当前网络环境的最优生成树。一般来说，基于软件实现的STP协议具有灵活性高、可配置性强等优点。常见的基于软件实现STP协议设备包括Linux操作系统、Cisco IOS等。