Рисунок 1. Сеть с заблокированными избыточными соединениями.

Основное предназначение STP - автоматическое управление топологией сети с дублирующими каналами. Действительно, если сетевое оборудование связано для надежности избыточным числом соединений (см. Рисунок 1), то без принятия дополнительных мер кадры будут доставляться получателю в нескольких экземплярах, что приведет к сбоям. Следовательно, в каждый момент времени должен быть задействован только один из параллельных каналов, но при этом необходимо иметь возможность переключения при отказах или физическом изменении топологии. С этой задачей может вручную справиться администратор, однако более элегантным и экономичным решением, освобождающим от необходимости круглосуточного мониторинга состояния системы человеком, является использование STP.

Для своей работы STP строит граф, называемый также "деревом", создание которого начинается с корня (root). Корнем становится одно из STP-совместимых устройств, выигравшее выборы. Каждое STP-совместимое устройство (это может быть коммутатор, маршрутизатор или другое оборудование, но для простоты далее мы будем называть такое устройство мостом) при включении считает, что оно является корнем. При этом оно периодически посылает на все свои порты специальные блоки данных - Bridge Protocol Data Units (BPDU). Адрес получателя в пакетах, несущих BPDU, является групповым, что обеспечивает его пропуск неинтеллектуальным оборудованием.

В данном случае под адресом понимается MAC-адрес, так как протокол STP функционирует на уровне управления доступом к среде передачи (Media Access Control, MAC). Из этого также следует, что все дальнейшие рассуждения о STP и его уязвимостях не привязаны к какому-то одному методу передачи, т. е. в равной мере относятся к Ethernet, Token Ring и т. д.

Получив очередной BPDU от другого устройства, мост сравнивает полученные параметры со своими и, в зависимости от результата, перестает или продолжает оспаривать статус корня. В результате корнем становится устройство c наименьшим значением идентификатора моста (Bridge ID). Последний представляет собой комбинацию MAC-адреса и заданного для моста приоритета. Очевидно, что в сети с единственным STP-совместимым устройством оно и будет корнем.
Выбранный корень, или назначенный корневой мост (Designated Root Bridge, в соответствии с терминологией стандарта), не несет никакой дополнительной нагрузки - он всего лишь служит отправной точкой для построения топологии.

Для всех остальных мостов в сети определяется корневой порт (Root Port), т. е. ближайший к корневому мосту порт. От других портов, соединенных с корневым мостом непосредственно или через другие мосты, он отличается своим идентификатором - комбинации из его номера и задаваемым администратором "веса".

На процесс выборов влияет и стоимость пути до корня (Root Path Cost) - она складывается из стоимости пути до корневого порта данного моста и стоимости путей до корневых портов мостов по всему маршруту до корневого моста.

Помимо выделенного корневого моста в STP вводится логическое понятие назначенного моста (Designated Bridge) - владелец этого статуса считается главным в обслуживании данного сегмента локальной сети. Статус назначенного моста также выборный и может переходить от одного устройства к другому.

Аналогичным образом вводится логическое понятие выборного назначенного порта (Designated Port, он обслуживает данный сегмент сети), а для него - понятие соответствующей стоимости пути (Designated Cost).

После окончания всех выборов наступает фаза стабильности, характеризуемая следующими условиями.

1. В сети только одно устройство считает себя корнем, а остальные периодически анонсируют его как корень.
2. Корневой мост регулярно посылает на все свои порты пакеты с BPDU. Интервал времени, через который происходит рассылка, называется интервалом приветствия (Hello Time).
3. В каждом сегменте сети имеется единственный назначенный порт, через который происходит обмен трафиком с корневым мостом. Он имеет наименьшее значение стоимости пути до корня по сравнению с другими портами в сегменте. При равенстве этой величины в качестве назначенного выбирается порт с наименьшим идентификатором порта (MAC-адрес порта и его приоритет).
4. BPDU принимаются и отправляются STP-совместимым устройством на всех его портах, даже на тех, которые были "отключены" в результате работы STP. Однако BPDU не принимаются на портах, которые были "отключены" администратором.
5. Каждый мост осуществляет пересылку (Forwarding) пакетов только между корневым портом и назначенными портами соответствующих сегментов. Все остальные находятся в блокированном состоянии (Blocking).

Как следует из последнего пункта, STP управляет топологией путем изменения состояния портов, которое может принимать следующие значения:

• блокирован (Blocking). Порт заблокирован, однако, в отличие от пользовательских кадров, кадры с пакетами STP (BPDU) принимаются и обрабатываются;
• ожидает (Listening). Первый этап подготовки к состоянию пересылки. В отличие от пользовательских кадров, кадры с пакетами STP (BPDU) принимаются и обрабатываются. Обучения не происходит, так как в этот период в таблицу коммутации может попасть недостоверная информация;
• обучается (Learning). Второй этап подготовки к состоянию пересылки. Кадры с пакетами STP (BPDU) принимаются и обрабатываются, а пользовательские кадры мост принимает для построения таблицы коммутации, но не пересылает данные;
• передает (Forwarding). Рабочее состояние портов, когда передаются как кадры с пакетами STP, так и кадры пользовательских протоколов.

Во время реконфигурации сети порты мостов находятся в одном из трех состояний - Blocking, Listening или Learning, т. е. пользовательские кадры не передаются, и сеть работает лишь сама на себя.
В стабильном состоянии сети все мосты ожидают периодической посылки корневым мостом специальных пакетов приветствия - Hello BPDU. Если в течение промежутка времени, определяемого значением Max Age Time, таких пакетов от корневого моста не поступает, мост считает, что либо между ним и корневым мостом пропала связь, либо последний отключен. В этом случае он инициирует реконфигурацию топологии сети. Путем задания соответствующих параметров можно регулировать, насколько быстро мосты будут обнаруживать изменения в топологии и задействовать запасные маршруты.