STP,RSTP及MSTP一開始設計就是要防止Level 2 switch網路造成迴圈(Loop)和實現鏈路冗餘(redundancy)。

• 網路造成迴圈(Loop)

  當網路發生Loop時,透過STP演算法適當地將其它界面Broke掉。如下圖 會將左邊switch Fa0/2 Block

• 鏈路冗餘(redundancy)

  假若網路線路發生斷掉或其中網路介面壞掉等問題時，會自動再透過STP演算法將壞掉界面Broke,
  原本被Broke 掉介面會再度被打開,這樣就有利於形成網路線路的備援機制。
  下圖左邊switch Fa0/1壞掉(紅色),透過STP演算法會將左方switch fa0/2界面打開

STP(Spanning Tree Protocol)定義在IEEE 802.1D標準中，STP主要利用在Level 2 Bridge 或Switch 網路設備連接成網路時,避免網路迴圈(LOOP)的情形發生。STP是用STP演算法將網路迴圈結構以樹狀型式呈現,造成兩個節點之間只有一個唯一路徑,這唯一路徑就是轉送目的MAC address 的路徑。

STP在進行演算法其間,會依照下圖的模式進行switch Port角色的選擇。

• Root Port(根阜)—>可以轉送使用者傳來的訊框(Frame)
• Designated Port(委任阜)—>可以轉送使用者傳來的訊框(Frame)
• Block Port—>無法轉送使用者傳來的訊框(Frame)

另外，STP演算法在運算其間，forward delay time(轉送時間)約為15秒。整個STP要達成收斂時間約為30~50秒；即是Listening →(15秒)Learning–>(15秒)Forwarding。因此STP通常最快也需要30 秒才能收斂完成,對於網路服務無法忍受中斷30秒以上來說,STP收斂過慢 就是一個嚴重缺點。

(資料來源:MOOCS計算機網路概論)

為要解決STP收斂過慢問題，IEEE在2001年制定IEEE 802.1w的RSTP(Rapid Spanning Tree Protocol)標準，透過減少Bridge Port Status 轉換時間及新增Alternate port及Backup Port兩種角色來減少收斂時間。通常約1秒內即可收斂。

• Root Port(根阜) —>可以轉送使用者傳來的訊框(Frame)
• Designated Port(委任阜) —>可以轉送使用者傳來的訊框(Frame)
• Disabled Port —>無法轉送使用者傳來的訊框(Frame)
• Alternate port —>無法轉送使用者傳來的訊框(Frame)
• Backup Port —>無法轉送使用者傳來的訊框(Frame)

• Alternate port

  參考下圖所示，當Bridge B失效時，Bridge A的Alternate port就會接管該區域的委任阜角色
  (Designated Port),以提供Root Bridge 另一個替代路徑。

  

(資料來源:routemyworld-Alternate Port vs Backup Port)

• Backup Port

  參考下圖所示，當同一個Bridge B 的委任阜(Designated Port)失效時,備份阜(Backup Port)
  就馬上接管原本Designated Port角色。備份阜的Port id 會比委任阜來的大

  

(資料來源:routemyworld-Alternate Port vs Backup Port)

• Spanning Tree Protocol
• STP、RSTP、MSTP
• Cisco and Force10 – STP Spanning Tree Interoperability
• Dell Taiwan Networking Partner Training Book-A