一、前言
前面我們研究了STP原理
先回顧一下根橋、根端口、指定端口的選舉依據。
根網橋選舉依據：
1）先看優先級
2）優先級一樣看MAC位址
3）相對較小的是根網橋
這裡BID其實就是交換機的優先級+交換機MAC位址
根端口，指的是非根網橋（交換機）所有端口中，距離根網橋最近的端口，選舉依據有：
1）路徑開銷，就是端口的帶寬，帶寬越大開銷越小，端口總開銷的計算是“将根橋到達端口前所有’入’端口開銷加起來”，這裡隻計算入口不計算出口，總開銷較小的就是根端口。我們使用的交換機端口預設開銷都是200000，這個可以通過display stp查詢。
2）對端BID，如果開銷一緻，則比較對端的BID（也就是CIST Bridge的值），值較小的就是根端口。
3）對端PID，如果BID也一樣就比較對端的PID，PID指的是Port ID，由端口優先級（預設128）+端口号組成。
4）本端PID，如果對端PID也一樣，那就比較本端的PID，較小的就是根端口了。
指定端口，指的是鍊路上的兩個端口中，距離根網橋最近的端口，選舉依據有：
1）路徑開銷，鍊路上兩個端口中路徑開銷最小的就是指定端口
2）交換機BID，路徑開銷一樣時，鍊路上兩個端口所在交換機BID較小的是指定端口
3）端口PID，BID也一樣時，則比較端口的PID，較小的是指定端口
阻塞端口，一個端口如果既非根端口又非指定端口，那就是阻塞端口了。
綜上，我們可以發現所有選舉的依據其實就是：
1）BID：交換機優先級（預設32768）+交換機MAC位址
2）PID：端口優先級（預設128）+端口号
3）路徑開銷：與端口帶寬相關的一個值，帶寬越大值越小
二、BPDU封包
封包内容如下圖所示，标紅的部分就是與選舉有關的字段，可以看到它囊括了BID、PID、路徑開銷，足夠我們來實作STP協定了。
三、選舉過程與端口狀态
1．初始關機狀态
我們可以假設網絡互聯的交換機都已配置好了STP，并且現在都是關機狀态。
2．選舉
現在同時啟動四台交換機，由于他們都配置了STP，是以STP協定開始發揮作用。
由STP的機制可知，一開始所有交換機都認為自己是“根橋”，他們會将BPDU封包中的Root Identifier字段設定為自己的BID并向網絡中其他交換機發自己的BPDU，具體怎麼發的不知道，但是我們知道網絡中所有交換機都能收到其他交換機的BPDU就行了。
如下圖應當是交換機啟動時各端口向隔壁發BPDU的情況。
交換機收到其他BPDU後就比較Root Identifier字段中的BID與自己的BID，如果發現自己的BID比較大，那就将BPDU中Root Identifier替換這個較小的BID并向隔壁的交換機繼續發。向下圖這樣應當就是各交換機通過BPDU最終收集到的資訊，包括了根橋BID、對端BID、對端PID、本端BID、本端PID，依據這些資訊就可以選舉出根橋、根端口、指定端口。
3．端口狀态與時間門檻值
交換機自然不是一啟動就完成了根橋和各端口的選舉，他必然是有一個過程的，從啟動交換機到端口選舉再到MAC學習整個過程如下：
1）交換機啟動，啟動後所有端口預設進入Disabled：禁用狀态，端口既不處理和轉發BPDU封包，也不轉發使用者流量。端口會在這種狀态下停留10秒鐘時間。很自然的，交換機剛啟動需要預留10秒鐘時間來等待自身穩定。10秒鐘的Disabled結束後，交換機會先進入Blocking：阻塞狀态，并持續20秒鐘時間。不知道為啥需要這20秒。
2）選舉根橋和各端口，交換機接着進入Listening：偵聽狀态，端口可以轉發BPDU封包，但不能轉發使用者流量。在預設情況下，該端口會狀在這種态下停留15秒鐘的時間。很明顯這時候網絡中的交換機通過交換BPDU來擷取必要資訊并選舉出根橋、根端口、指定端口和非根非指定端口（也就是需要阻塞的那個）。
3）學習MAC位址，選好根橋和各端口後進入Learning：學習狀态。端口可根據收到的使用者流量建構MAC位址表，但不轉發使用者流量預設情況下，端口會在這種狀态下停留15秒鐘時間。
4）轉發流量，學習好MAC位址後端口就進入Forwarding：轉發狀态。端口既可轉發使用者流量也可轉發BPDU封包，隻有根端口或指定端口才能進入Forwarding狀态。
5）阻塞端口，那麼非根端口和非指定端口，就再次進入Blocking：阻塞狀态，端口僅僅能接收并處理BPDU，不能轉發BPDU，也不能轉發使用者流量。
四、網絡變化與收斂時間
如下圖，我們有這樣一個拓撲的網絡，我已經根據前面的計算方式把根橋、根端口、指定端口、阻塞端口都标出來，并在交換機上逐一确認過标注是對的。
假如我們現在把LSW2與LSW3中間的鍊路拔掉，根據規則LSW3的E0/0/1會成為根端口，但其端口需要經過“Listening：偵聽狀态和Learning：學習狀态”這兩個狀态，也就是需要最少30秒才能完成穩定。
現在考慮另一個場景，假如網絡中接入另一台交換機LSW5，他上電開機後，一般會影響到兩連的兩個交換機，但假如其優先級比别人都小一點（比如改成4096而别人都是32768），然後我們把這個交換機上電後再接入到網絡中。
很明顯網絡需要重新選舉根橋、根端口、指定端口等，但根據我實際觀察隻有一部分端口受到影響，會逐漸經曆Blocking：阻塞狀态、Listening：偵聽狀态、Learning：學習狀态這三個階段，也就是至少需要50秒網絡才能真正穩定。
這30秒和50秒也就是STP的收斂時間。
五、回顧
總的來說，STP使用BPDU這個封包來傳遞各種資訊，包括BID、PID、路徑開銷等，交換機收集到各種資訊後“選舉”出根橋、根端口、指定端口，最後将非根非指定端口阻塞，這個過程會經曆Disabled：禁用狀态（10秒）、Blocking：阻塞狀态（20秒）、Listening：偵聽狀态（15秒）、Learning：學習狀态（15秒），最後根端口和指定端口進入Forwarding：轉發狀态，非根非指定端口進入Blocking：阻塞狀态。
我們将端口進入穩定狀态需要的時間稱為收斂時間，不同的網絡變動可能需要的收斂時間不一樣，主要有30秒和50秒兩種。