生成树协议（Spanning Tree Protocol, STP）是计算机网络中用于防止交换网络中出现环路的链路管理协议。它通过构建一个无环的树形拓扑结构，确保数据帧在网络中的可靠传输。STP的核心机制包括选举根交换机、根端口、指定端口、阻塞端口和备用端口。
1. 根交换机选举
根交换机（根网桥）是生成树拓扑中的逻辑中心，负责生成BPDU（桥协议数据单元）。选举过程基于交换机的桥ID（Bridge ID），由优先级和MAC地址组成。优先级值最小的交换机被选为根交换机；若优先级相同，则MAC地址最小的交换机胜出。根交换机在所有端口上发送BPDU，指导其他交换机构建树形结构。
2. 根端口选举
非根交换机需选择一个根端口，即通往根交换机的最优路径端口。选举标准包括：
- 最低根路径成本：累计到根交换机的路径成本最小（通常基于链路带宽）。
- 最低发送者桥ID：若路径成本相同，则选择连接桥ID较小的交换机的端口。
- 最低发送者端口ID：若桥ID相同，则选择端口ID较小的端口。
根端口始终处于转发状态，确保数据流向根交换机。
3. 指定端口选举
每个网络段（如两个交换机之间的链路）需选举一个指定端口，负责转发该段的数据。选举规则包括：
- 根交换机上的所有端口均为指定端口。
- 在非根交换机连接的链路上，选择根路径成本最小的端口；若成本相同，则选择桥ID较小的交换机端口；若仍相同，则比较端口ID。
指定端口处于转发状态，避免环路。
4. 阻塞端口与备用端口
阻塞端口是为防止环路而被禁用的端口，不转发数据帧，但监听BPDU以检测拓扑变化。当网络中出现冗余链路时，STP通过阻塞这些端口确保无环路径。
备用端口是阻塞端口的一种，通常存在于点到点链路中，作为根端口或指定端口的备份。当活跃端口失效时，备用端口可转换为转发状态，提高网络冗余性。
STP通过动态选举机制构建稳定网络拓扑，根交换机、根端口、指定端口确保数据高效转发，而阻塞端口和备用端口则提供冗余保护。这一协议在以太网中广泛应用，保障了网络的可靠性与可扩展性。
