STP-Spanning Tree Protocol (Kapsayan Ağaç Protokolü) herhangi bir yerel ağda (local area network) döngülerden (loop) arınmış bir topoloji oluşması için yaratılmış bir protokoldür. Kapsayan Ağaç Protokolü, sistemi döngülerden arıtmasının yanı sıra yedek hatta geçiş sırasında da döngü oluşmamasını sağlar. STP genel olarak iki ağ düğümü arasında tek bir aktif bağlantı bıraktırarak ağın döngülerden korunmasını sağlar.

Port durumları STP'de 5 çeşittir. Bunlar; Disabled (Kapalı), Listening (Dinleme), Learning (Öğrenme), Blocking (Bloklama), Forwarding (Yönlendirme). RSPT – Rapid Spanning Tree Protocol (Hızlı Kapsayan Ağaç Protokolü) için ise; Discarding (Atmak), Learning ve Forwarding durumları vardır. Port durumları, bloklanma veya yönlendirme, ve aktif topolojide yer alıp almadığına bakılarak oluşturulmuştur.  Aşağıda (802.1D) – STP ile (802.1w) – RSTP arasında port durumlarındaki farklılıklar gösterilmiştir.

Protokolün çalışmasında öncelikle bir RB - Root bridge (Kök Cihaz) seçilir. RB seçimi en düşük Bridge ID'sine (cihaz kimliğine) bağlı olarak seçilir. Her cihazın bir kendine özel  tanımlayıcısı ve konfigüre edilebilir bir öncelik numarası vardır. Bunların birleşimine cihaz ID si denir. ID'lerin karşılaştırılması yapılırken önce öncelik numarasına bakılır eğer bunlar eşitse MAC adresleri karşılaştırılır. Örneğin iki switch A (MAC=0200.0000.1111) ve B’yi (MAC=0200.0000.2222) ele alalım. Öncelik numaraları iki switchin de eşit ise MAC’i küçük olan switch RB olarak seçilir bu durumda seçilecek cihaz A switchidir. Eğer B switchinin RB olmasını istiyorsak öncelik numarası A’ya göre daha düşük seçilmelidir. RB bulunduktan sonra topolojide ki diğer cihazların RB’ye bakan portları RP-Root Port (Kök Port) olarak etiketlenir. Yani en iyi BPDU – Bridge Protocol Data Unit ( Köprü Protokolü Veri Birimi) paketini alan portlar kök port olur.

Bunun yanı sıra en iyi BPDU paketini gönderen portlar ise DP-Designated port ( Belirlenmiş Port) olarak etiketlenir.

RSTP’de  bloklanmış  halde bulunan ancak özel durumlara sahip olan port tipleri de bulunmaktadır. AP- Alternate Port (Alternatif Port) başka bir cihazdan kullanışlı bir BPDU paketi alınması ile bloklanmış  şekilde bulunan porttur.

Backup Port ( Yedek Port) aynı cihazda daha kullanışlı BPDU paketi alınması ile bloklanmış  şekilde bulunan porttur.

Bu iki port çeşidi RSTP nin daha hızlı şekilde topolojiyi stabilleştirmesine yarar.

STP ve RSTP’ nin genel çalışma mantığı ve çalışmaları arasındaki farklar

Temel olarak bakılacak olursa iki protokolünde amaçladığı ve uyguladığı şey döngülerden arınmış bir topolojidir. İkisi de hat yedekliliği sağlar ve bir linkte bağlantı koptuğu zaman yeni bağlantı kurulur. İki protokolde çoğu operasyonu aynı yapmasına rağmen aralarında ki temel fark stabilleşme süresidir (convergence time). STP çalışan topolojilerdeki yavaş stabilleşme süresi protokolün barındırdığı Max Age (Maksimum Yaş) 20 saniye ve Forward Delay (Yönlendirme Gecikmesi) 15 saniyeden dolayıdır. Portun bloklamadan dinlemeye geçişi 20 saniye, dinlemeden öğrenmeye geçiş süresi 15 saniye, öğrenmeden yönlendirmeye geçiş süreside 15 saniyedir. Yani toplam olarak 50 saniyelik bir sürede topolojimiz stabil hale gelir. Ancak kimi zaman link gitmesi durumunda BPDU paketi beklenmeden direk port bloklama durumundan dinleme durumuna geçer ki böyle bir durumda süre 30 saniyedir.  STP için bu süre 30 – 50 saniye arasında değişirken RSTP için bu süre çok daha düşüktür, yaklaşık 1 saniyeden daha kısa bir sürede network yeniden stabil hale gelir.

STP  BPDU paketindeki flag(bayrak) 8 bitlik bölümün sadece 2 bitini kullanır. STP’ de hiçbir zaman root porttan BPDU paketi yönlendirilmediğinden dolayı özel bir BPDU paketi olan TCN-Topology Change Notification (Topoloji Değişme Bilgilendirmesi)  paketi ile root portundan üst cihazlara ağın değiştiği bilgisini gönderebilir. Designated portuna TCN paketi alan cihaz akabinde aynı porttan TCA-Topology Change Acknowledgement (Topoloji Değişti Bilgilendirmesi)  gönderir. Bu işlem RB ye kadar devam eder ve böylece bu cihaz topoloji değişiminden haberdar olur. Daha sonra RB TC – Topology Change ( Topoloji Değişti) bitini set edip ağda diğer cihazlara BPDU paketini göndermeye başlar.

STP algoritmasında temel olarak sadece kök cihaz tarafından 2 saniyede bir gönderilen hello (merhaba) paketlerini temel alır. Yani öncelikle cihaz ID’si en düşük olan cihaz RB olarak seçilir. Daha sonra RB merhaba paketlerini BPDU yapısı ile gönderir.  Bu paketin içindeki Root Path Cost ( Kök Yol Maliyeti) kısmına RB gönderdiği portların maliyetlerini ekler. Bir sonraki cihaz aldığı BPDU paketini aldığı port dışında ki bütün portlarından gönderir. Cihazımız bunu yaparken ise BPDU paketinde aldığı kök yol maliyet değerine, kendi interfacelerinde (arayüz) ki maliyet değerlerini ekler ve gönderir.  Daha sonra aynı yere giden iki link varsa, bunlardan en küçük maliyete sahip olan link aktif bırakılır.

RSTP ise algoritma açısından STP den çok farklı değildir. Zaten RSTP STP nin geliştirilmiş halidir. Zaman içinde 30 – 50 saniye gibi süreleri tolere edemeyen yeni ağlar kurulmaya başlanınca RSTP geliştirilmiştir. RSTP çok kısa sürelerde, yaklaşık 1 saniyede, topolojideki stabilizasyonu sağlar. Bunun için proposal and agreement (kararlaştırma ve onaylama) süreçlerinden geçer. RSTP de geçişler için maksimum yaş veya yönlendirme gecikmesi gibi süreler söz konusu değildir. Ağ daha dinamik bir şekilde sürekli birbirine BPDU paketleri gönderir. Yani STP deki gibi sadece RB cihazımızdan BPDU paketleri gönderilmez. RSTP sadece point to point (iki nokta arası) veya edge port (sınır portu) durumlarında durumlar arası geçişler sırasında öğrenme kısmını atlar, başkaları tarafından bildirim almaya çalışmak yerine aktif bir şekilde olası kopma durumlarına RLQ- Request Link Query (İstek Bağlantı Sorgusu) geri beslemeli mekanizma ile kontrol eder.