西门子KTP600触摸屏

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生成树协议 Spanning Tree 和快速生成树 Rapid Spanning Tree分别定义在 IEEE 802.1D/W中，是一种桥到桥的链路管理协议，它在防止产生自循环的基础上提供路径冗余。为使以太网更好地工作，两个工作站之间只能有一条活动路径。网络环路的发生有多种原因，较常见的一种是有意生成的冗余链路，防止一个链路或交换机失败，会有另一个链路或交换机替代。
STP 是一种桥到桥的通信技术，提供发现网络物理环路的服务。该协议规定了网桥创建无环回Loop-Free 逻辑拓朴结构的算法。换句话说，STP 提供了一个生成整个*二层网络的无环回树结构。
生成树协议操作对终端站透明，也就是说，终端站并不知道它们自己是否连接在某单个局域网或多交换局域网中。当两个网桥相互连接在相同的由两台计算机组成的网络中时，生成树协议支持两网桥之间相互交换信息，这样只需要其中一个网桥处理两台计算机之间发送的信息。
桥接设备之间通过使用网桥协议数据单元（Bridge Protocol Data Unit，BPDU）交换各自状态信息。生成树协议通过发送 BPDU 信息为交换网络配置根交换机和根端口，并为每个交换网路区段（switched segment）配置*端口。
网桥中的生成树算法可以用来决定如何使用生成树协议，该算法的优点在于能够避免网桥环路，并确保在多路径情形下网桥能够选择一条较有效的路径。如果较佳路径选择失败，可以使用该算法重新计算网络路径并找出下一条较佳路径。
Spanning Tree 的工作方式如下，它的所有的工作都是为了生成一棵倒装的树形，这棵树的根就称为“bridge root”，每个设备会定义一个**级，称为“bridge priority”，它的数值越小代表它成为树根的可能性越大（如果**级相同，选择较小的MAC地址的交换机作为根桥），而其它每个叶结点（网桥/交换机）通往树根（根桥）的路径称为“root path”，衡量这一路径的权值称为“path cost”(参考SCALANCE X-400组态手册)，通常它代表了链路的带宽，一个千兆端口的权值会小于一个百兆端口的权值。计算每个叶结点到树根的路径，选择代价较小的成为通信的路径，连接叶结点到根桥的代价较小路径的端口为根端口，如果叶结点到根桥的代价一样，那么选择Port ID小的作为根端口。然后根据每个桥通过较小代价连接到每一个交换网段的端口设定为*端口（连接相同网段的端口选择MAC地址小的桥端口）。在每个节点的生成树算法完毕以前，所有的设备端口都只发送和接收报文信息，端口的状态处于初始化的阶段（listening & learning），一旦完成初始化，那么成为通信的路径的根端口和*端口转变为“Forwarding”的状态，用于数据的收发，而非*的端口成为“Blocking”的状态，只侦听 BPDU 的数据。一旦通信的路径失效，根据 BPDU 的报文，非*的端口将重新一轮计算的过程而成为“Forwarding”的状态。
SCALANCE X300/400系列的交换机支持STP和RSTP。在使用STP和RSTP时，需要禁止High-Speed Redundancy Ring（HSR）。

STP网络组态：

网络组态由3台交换机Switch A、Switch B和Switch C组成。彼此之间依次通过Port5.1和Port5.2相连成千兆环（非RM），另外Switch A和Switch B通过Port9.1进行百兆相连。(连接前需要使能和配置STP)

注意：
对于SCALANCE X-400使能STP协议，首先要禁止环网冗余(HSR)。

Switch A组态：（未连线）

Switch B组态：（未连线）

Switch C组态：（未连线）

然后按照网络拓扑结构，连接网线。这时生成树算法生效，选举根桥，根端口，*端口以及堵塞端口。察看XA，XB，XC的生成树的状态信息。

由此，整个网络不再出现冗余链路，根据XA、XB、XC的生成树信息和端口状态可以得知：

1， 对于整个千兆链路，首先选择MAC地址小的作为根桥。这样会选择Root ID=00-0E-8C-8B-D4-E7即XC作为根桥。
2， XA和XB有两条链路相连，分别是百兆和千兆链路，根据Path Cost，可知百兆链路的端口会被阻塞，并且是在Root ID大的一方被阻塞，所以XA的Port9.1端口为Blocking状态。
3， 根据生成树算法，可以知道在千兆链路上的堵塞端口，应该在Root ID大的一方被阻塞，这样会选择XA的Port5.1为阻塞端口，即Blocking状态。
4， 任意断开一个激活的连接线，可以发现大约有10~30秒的恢复时间。

冗余环网，各台交换机通过冗余环口依次进行连接，如下图高速冗余环网HSR。SCALANCE X400可以作为冗余管理器RM，管理冗余环网，为了保证系统的快速重构和稳定性较多50个交换机连接在环上。除了其它交换机需要设置冗余环口，在网络正常的情况下，RM的其中的一个冗余环口会处于断开状态。这样整个网络处于一种线型结构。冗余管理器监控网络状态，当网络上的连接线断开或交换机故障，它会通过一个替代路径恢复另外一种线型结构。整个网络的重构时间小于0.3秒。如果问题被消除，会恢复原有的线型结构。在一个环网中，只能存在一个交换机组成冗余管理器。环网可以是电气环网也可以是光纤环网，也可以是电气和管线混合的环网。另外，可以利用SCALANCE X 400的千兆端口，组成高速冗余的千兆环网。

高速冗余环网HSR                                          环间热备STBY

环网之间的冗余备份STBY，通过两台交换机各自连接到另外一个环网的两台交换机，如上图环间热备STBY。仅需要在同一个环网中的两个交换机A和B（与另外一个环网进行冗余连接）进行组态，即可完成环网之间的连接冗余。这两个交换机A和B通过网络相互交换数据来同步它们的运行状态，其中一台设备作为Master，另外一台设备作为Slave。在网络正常的情况下，仅是Master与另外一个环网的连接是激活的，即通讯数据通过该连接完成两个环网之间的通讯。如果Master的连接断开或Master交换机故障，这时Salve会激活其连接，这时两个环网之间的数据就通过Slave的连接来完成。如果故障恢复，Master会重新作为环网之间的激活连接。STBY可以是电气连接也可以是光纤连接。另外，可以利用
SCALANCE X 408的千兆端口，组成千兆环网冗余热备。

SCALANCE X 400冗余环网组态：

SCALANCE X 400环网间热备组态：

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