在企业网络中，有一个“看不见的英雄”，它默默地防止网络因为二层环路而陷入瘫痪。

这个英雄，就是我们今天要聊的——生成树协议（Spanning Tree Protocol，STP）。

可能很多人第一次接触 STP 的时候，只觉得名字挺“文艺”：生成树，好像是计算机科学里的某种算法。确实没错，它的原理就来自图论中的“最小生成树算法”。

但在网络世界中，STP 可是实打实的救火队员——它能防止环路，让交换机网络稳如老狗。

那问题来了：生成树协议也有不同“版本”？这些版本之间到底有什么区别？为什么现在企业更倾向用 MSTP 而不是传统的 STP？

今天，我们就来一篇搞懂所有生成树协议的“全家谱”，从老祖宗 STP 到新一代 MSTP，一次性捋清它们的历史演进、技术原理和实际应用。

我们先从“为什么”讲起。

在一个典型的二层网络中，交换机之间往往存在冗余链路。

冗余链路的作用很简单：防止单链路故障导致全网瘫痪。

举个例子：

假设有三台交换机——SW1、SW2、SW3——互相都连接在一起形成一个“环”。

从稳定性角度看，这很安全；但从二层广播的角度，这可是灾难。

因为以太网没有 TTL（生存时间），广播帧在环路中会无限循环。

这时候你会看到 CPU 飙高、广播风暴、设备掉线——整个网络直接陷入“风暴模式”。

生成树协议的作用就是——

在存在冗余链路的网络中，自动选出一棵“无环的树”，让网络既有备份链路，又能防止环路。

说白了，它就是在多个链路中“临时禁用一部分”，让拓扑呈树状。

一旦主链路出问题，被禁用的那条会自动激活，网络又能自愈恢复。

这就是“生成树”的核心思想。

STP

STP（Spanning Tree Protocol）是生成树协议的鼻祖，由 IEEE 在 1985 年 定义为 802.1D 标准。

它的发明者是网络界传奇人物——Radia Perlman（被称为“互联网之母”）。

STP 的基本原理主要有三步：

1. 选举根桥（Root Bridge）

每台交换机都有一个“Bridge ID”，由优先级（默认 32768）+ MAC 地址组成。

整个网络中 Bridge ID 最小的那台，就是“根桥”。

2. 计算最短路径

各交换机计算到根桥的路径代价（Cost），路径代价与端口速率有关。

例如：

• 10 Mbps：100• 100 Mbps：19• 1 Gbps：4• 10 Gbps：2

每台交换机选出“到根桥最短路径”的那条端口作为“根端口（Root Port）”。

3. 阻塞多余链路

除了通往根桥的最优路径，其它端口会被“阻塞”（Blocking 状态），以防止环路。

当网络拓扑发生变化时，STP 会重新计算树，但这个过程非常慢——收敛时间长达 30~50 秒。 这在现代网络中几乎是不可接受的。

RSTP

随着网络规模和业务实时性要求提高，传统 STP 的 50 秒收敛实在太慢了。

于是 IEEE 在 2001 年推出了 RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol）。

RSTP 是 STP 的升级版，标准号为 802.1w。

它的最大改进点在于——显著加快了网络收敛速度，从几十秒缩短到几秒内。

RSTP 的主要改进：1. 端口角色扩展

除了 STP 的三种角色（根端口、指定端口、阻塞端口），RSTP 增加了：

• 备用端口（Alternate Port）：备用路径，非根端口备用链路。• 备份端口（Backup Port）：用于同一交换机内部的冗余接口。2. 状态减少

STP 有五种端口状态：Blocking、Listening、Learning、Forwarding、Disabled。

RSTP 直接简化为三种：Discarding、Learning、Forwarding。

3. 握手机制（Proposal/Agreement）

RSTP 采用点对点快速协商机制，避免等待老 STP 那种慢吞吞的定时器超时。

简单来说：

RSTP 能在链路断开的 1~2 秒内完成收敛，这对实时业务（如语音、视频）非常关键。

MSTP

随着 VLAN 技术的发展，一个网络里往往有几十、上百个 VLAN。

如果每个 VLAN 都运行一棵独立的生成树（像 Cisco 的 PVST+ 那样），那交换机 CPU 就要被“累死”。

于是诞生了更智能的——MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol），标准号 802.1s。

MSTP 的核心思路是：

将多个 VLAN 映射到少数几个生成树实例（MST Instance, MSTI）中，从而兼顾灵活性和性能。

比如：

• VLAN 10、20、30 → 运行在 MSTI 1• VLAN 40、50 → 运行在 MSTI 2• 其它 VLAN → 运行在 CST（Common Spanning Tree）

这样就可以在不同 VLAN 间实现流量负载均衡：

某些 VLAN 用一条链路转发，另一些 VLAN 用另一条链路。

MSTP 的三个重要概念：1. CST（Common Spanning Tree）

整个网络的公共生成树，用于不同 MST 区域之间通信。

2. MSTI（Multiple Spanning Tree Instance）

每个实例对应一棵生成树，可映射多个 VLAN。

3. MST 区域（Region）

拥有相同配置名称、版本号、VLAN 映射表的交换机组成一个区域。

MSTP 既兼容 STP，又能多实例优化负载，成为目前企业网络中最主流的版本。

几乎所有主流交换机（Cisco、华为、H3C、Juniper）都支持。

PVST+ 与 Rapid-PVST+

Cisco 作为业界老大哥，早年不甘心只用 IEEE 标准版 STP，于是搞出了自己的“强化版本”：

Cisco 方案的好处：• 每个 VLAN 独立运行生成树，可实现更精细的负载分担；• 与 RSTP 结合后，收敛速度同样达到秒级；• 缺点是：每个 VLAN 都运行一棵树，CPU 资源开销较大。

所以在大规模 VLAN 环境下，更推荐使用 MSTP，而不是 PVST+。

主要版本对比