交换机环路的产生原因和解决方法

网络环路分为第二层环路和第三层环路，所有环路的形成都是由目的路径不明确导致混乱而造成的。

二层环路也就是我们说的交换机环路，它是由交换机广播消息的恶性循环产生的。我们都知道交换机连接的是连接局域网的主要设备，而且交换机分割冲突域，但是不分割广播域，所以交换机默认允许转发广播消息。而且由于交换机的工作原理，它在进行MAC表查询的时候，如果查询无果，会将数据帧从除接收端口之外的其他端口发送出去。所以当交换机环状相连时，一个数据帧就会无限循环。在这个时候就产生了我们学习的生成树，用来防止交换网络出现环路。

生成树最原始的版本是802.1d，也就是STP（Spanning Tree Protocol）。802.1D生成树协议（STP）标准的设计初中是，每一次连接都在中断一分钟左右后恢复即可视为性能良好。但这个版本的标准是所有VLAN共用一个生成树，所以也叫CST（Common Spanning Tree）。

Cisco通过Uplink Fast、Backbone Fast 和 Port Fast 等功能增强了最初的802.1D规范，为的是加速桥接网络的收敛时间，缺点是这些机制是专有的并且需要额外的配置。也就是快速生成树协议。

快速生成树协议（RSTP，IEEE 802.1W）可以视作802.1D标准的一种进化，而不仅仅是一种变革。802.1D中的术语基本上保持不变。而且大部分参数也没有变化，因此熟知802.1D的用户可以轻松的快速配置新协议。在大多数情况下，RSTP的性能比Cisco专有扩展的性能要好，而且不需要额外的配置。

后来出现了MSTP（802.1s），多生成树协议是IEEE802.1s中定义的生成树协议，通过生成多个生成树，来解决以太网环路问题。

RSTP在STP基础上进行了改进，实现了网络拓扑快速收敛。但RSTP和STP还存在同一个缺陷：由于局域网内所有的VLAN共享一棵生成树，因此无法在VLAN间实现数据流量的负载均衡，链路被阻塞后将不承载任何流量，还有可能造成部分VLAN的报文无法转发。

为了弥补STP和RSTP的缺陷，IEEE于2002年发布的802.1S标准定义了MSTP。MSTP兼容STP和RSTP，既可以快速收敛，又提供了数据转发的多个冗余路径，在数据转发过程中实现VLAN数据的负载均衡。

MSTP把一个交换网络划分成多个域，每个域内形成多棵生成树，生成树之间彼此独立。每棵生成树叫做一个多生成树实例MSTI（Multiple Spanning Tree Instance），每个域叫做一个MST域。

所谓生成树实例就是多个VLAN的一个集合。通过将多个VLAN捆绑到一个实例，可以节省通信开销和资源占用率。MSTP各个实例拓扑的计算相互独立，在这些实例上可以实现负载均衡。可以把多个相同拓扑结构的VLAN映射到一个实例里，这些VLAN在端口上的转发状态取决于端口在对应MSTP实例的状态。