STP – شرح بروتوكول الشجرة الممتدة

لماذا نحتاج إلى STP؟

فيما يلي بعض المواقف التي يكون فيها بروتوكول Spanning Tree مهمًا:

• يتم زيادة موثوقية (التسامح مع الخطأ) للشبكة بشكل كبير من خلال إدخال التكرار.
• يقوم بتبديل حركة المرور إلى خارج جميع المنافذ، عندما يلزم إرسال حركة المرور إلى وجهة غير معروفة بعد.
• تتم إعادة توجيه حركة البث والبث المتعدد إلى كل منفذ، باستثناء المنفذ الذي وصلت إليه حركة المرور.
• يتم استخدام بروتوكول Spanning-Tree لإنشاء طوبولوجيا منطقية خالية من الحلقات من طوبولوجيا فعلية تحتوي على حلقات.

كيف تعمل تقنية STP؟ مثال

تستخدم الأشجار الممتدة خوارزمية للبحث عن الروابط المتكررة في ملف LAN واختيار أفضل المسارات. يتم استخدامه بشكل أساسي لوضع جميع الروابط إما في إعادة التوجيه أو الحظر.

بعد هذه العملية، من المحتمل أن تكون جميع الروابط التي لا تحتوي على رابط متكرر في حالة إعادة التوجيه. سيتم حظر الروابط الزائدة التي لم تكن بجودة الروابط المحددة. لا تستخدم Spanning Tree أبدًا روابط متعددة لنفس الوجهة. لا توجد ميزة مشاركة التحميل مع Spanning Tree.

أنواع STP

فيما يلي أنواع مختلفة من بروتوكولات الشجرة الممتدة:

Standard	الوصف	اختصار
إيي 802د.	منع الحلقة إعادة التكوين التلقائي للشجرة في حالة حدوث أي تغييرات تقارب بطيء (حتى 50 نقطة أساس)	STP
إيي 802 واط	بروتوكول الشجرة الممتدة السريع تحسين STP مع تقارب أسرع متوافق مع الإصدارات السابقة مع STP	RSTP
إيي 802س	الشبكة المحلية الظاهرية تحديد شجرة ممتدة مشتركة واحدة لجميع شبكات VLAN	CST
Cisco الملكية	لكل شجرة امتداد VLAN مثيل 1STP لكل شبكة محلية ظاهرية (VLAN). PVST + هو نسخة محسنة من PVST	PVRST+ أوR-PVST+
Cisco الملكية	لكل شبكة محلية ظاهرية (VLAN) شجرة الامتداد السريع	PVRST+ أوR-PVST+
إيي 802.1 ثانية	بروتوكول الشجرة الممتدة المتعددة تم تعيين مثيلات متعددة لشبكة VLAN إلى 1 STP.	MSTP أو Ml STP

معايير الشجرة الممتدة

المعايير الثلاثة لحلقة Spanning Tree تساعد في تحديد أن الواجهة في حالة إعادة التوجيه هي:

• يجب وضع كافة الواجهات الموجودة على الجسر الجذري في حالة إعادة التوجيه.
• بالنسبة للجسور الأخرى التي ليست الجسر الجذري، يتم وضع المنفذ الأقرب إلى الجسر الجذري في حالة إعادة التوجيه.
• يُعرف الجسر الذي يتمتع بأقل مسافة إدارية إلى الجسر الجذري بالجسر المعين.

مرحلة بروتوكول STP

أربع مراحل لحالات ميناء الشجرة الممتدة هي:

دولة الحظر

حالة الحظر هي منفذ غير مخصص، ولا تشارك أبدًا في إعادة توجيه الإطار. الحد الزمني لها هو 20 ثانية أو غير محدود. تدخل الواجهة دائمًا في حالة الحظر عند تمكين STP.

دولة الاستماع

حالة الاستماع هي الحالة الأولى. إنها واجهة يتم إدخالها بعد حالة الحظر. تساعدك الواجهة على تحديد أن الواجهة التي ينبغي أن تشارك في إعادة توجيه الإطار.

تؤدي حالة الاستماع الوظائف التالية:

• يتجاهل الإطارات المستلمة على المنفذ
• لا يتعلم العناوين
• يستقبل وحدات BPDU

حالة التعلم

تساعد حالة التعلم على الاستعداد للمشاركة في إعادة توجيه الإطارات. تتيح لنا الواجهة الدخول إلى حالة التعلم من قائمة الاستماع.

تؤدي حالة التعلم الوظائف التالية:

• يتجاهل الإطارات المستلمة على المنفذ
• يستقبل وحدات BPDU
• يتعلم العناوين

دولة الشحن

تشكل الواجهة في حالة إعادة التوجيه إطارات إعادة التوجيه. تدخل هذه الواجهة حالة إعادة التوجيه من حالة التعلم التي تؤدي الوظائف التالية:

• يستقبل ويعيد توجيه الإطارات التي يتم استلامها على المنفذ
• يتعلم العناوين
• يستقبل وحدات BPDU

دولة المعوقين

لا تشارك هذه الحالة في حلقة Spanning Tree لأن المنفذ معطل إداريًا، كما أن توقيته غير محدود أيضًا.

تؤدي الواجهة المعطلة الوظائف التالية:

• يتجاهل الإطارات المستلمة على المنفذ
• لا يتعلم العناوين
• لا يتلقى وحدات BPDU

المصطلحات الهامة المستخدمة في بروتوكول الشجرة الممتدة

فيما يلي بعض المصطلحات المهمة المستخدمة

جسر

يعد Bridge أحد المكونات المهمة لـ VTP، والذي يربط بين قسمين أو أكثر من شرائح LAN.

الجسر الجذري (RB)

وهو الجسر الذي يوفر نقطة ربط بين جميع القطاعات. جميع الجسور في الشبكة المحلية (LAN) لها مسار إلى الجذر. يتيح لك STP تحديد الجسر الجذري تلقائيًا. ومع ذلك، إذا أراد مسؤول شبكة STP، يمكنه تغيير RB وفقًا للشبكة.

الجسر غير الجذري (NRB)

جسر الظهيرة الجذري هو أي جسر ليس هو الجسر الجذري.

منفذ الجذر (RP)

المنفذ الجذر هو المنفذ الذي يؤدي إلى Root Bridge.

المنفذ المعين (DP):

يحتوي كل جزء من شرائح LAN على منفذ واحد مخصص. يستقبل كل جسر أيضًا الإطارات من DP ويعيد توجيهها عبر RP نحو الجسر الجذري.

معرف المنفذ:

يساعدك معرف المنفذ على تحديد المنفذ الجذر. وهو يتألف من قيمة أولوية 1 بايت قابلة للتكوين ورقم منفذ فريد لكل جسر.

تكلفة المسار (الكمبيوتر الشخصي):

تساعد تكلفة المسار، والتي تُعرف أيضًا باسم الكمبيوتر الشخصي، في تحديد أفضل هيكل فيما يتعلق بسرعة إعادة التوجيه. يستخدم STP مفهوم تكلفة المسار.

المنافذ المعينة

المنفذ المعين هو منفذ معطل، ويتم حظره بواسطة مسؤول الشبكة. لا يمكن لهذا المنفذ إرسال حزمة إلى محول آخر. كما أنه ليس عنوان MAC مملوءًا على جدول MAC.

المنافذ غير المعينة

المنفذ غير المعين هو منفذ تبديل محظور. ويُعرف أيضًا باسم المنفذ المحظور، أو أحيانًا بمنفذ بديل. ولا يمكنه إعادة توجيه الحزم إلى المحول التالي. كما أنه لا يسكن عنوان MAC في جدول MAC.

RSTP:

بروتوكول الشجرة الممتدة السريع (RSTP) هو بروتوكول شبكة يضمن بنية خالية من الحلقات لشبكات Ethernet.

وحدات بيانات بروتوكول الجسر (BPDU)

يتطلب بروتوكول Spanning Tree جهاز شبكة STP لتبادل الرسائل للمساعدة من طوبولوجيا منطقية خالية من الحلقات. تسمى هذه الرسائل BPDUS (وحدات بيانات بروتوكول الجسر). يرسل كل جهاز شبكة وحدات BPDU، مما يساعد على تبادل معلومات الهيكل.

يساعد BPDUS المحولات على القيام بما يلي:

• حدد مفتاحًا واحدًا سيكون بمثابة جذر الشجرة الممتدة
• يساعد BPDUS أيضًا في حساب أقصر مسار من نفسه إلى المحول الجذر، والذي تم تعيين أحد المحولات باعتباره الأقرب إلى الجذر لكل مقطع LAN.
• حدد أحد منافذه كمنفذ جذر (إذا كان لا يوجد مفتاح تبديل)
• قم باختيار المنفذ الذي يعد جزءًا من خوارزمية الشجرة الممتدة والتي تسمى المنافذ المعينة.
• يحظر المنافذ غير المخصصة.

تكوين BPDU

هو معرّف جسر فريد للجهاز الجذر في بنية الشبكة. وهو بمثابة معرّف جسر لـ transmitجسر تينغ، وهو مُعرِّف لـ transmitمنفذ تينغ.

إشعار تغيير الهيكل (TCN) BPDU

يتم تحديد جهاز شبكة واحد ليكون بمثابة الجسر الجذري. يجب حساب أقصر مسافة إلى الجسر الجذري لكل جهاز شبكة بناءً على تكلفة المسار.

يتم تحديد جسر مخصص لكل شريحة LAN. وهذا أيضًا هو جهاز الشبكة الأقرب إلى الجسر الجذري، لذا يجب إعادة توجيهه إلى الجذر. هذا هو المنفذ الذي يوفر أفضل مسار من الجسر إلى أي جسر جذري.

الاختلافات بين STP وRSTP

STP	RSTP
في STP، يرسل الجسر وحدة BPDU فقط عند مراجعتها على RP (بروتوكول الجذر) الخاص به من RB (الجسر الجذر).	يقوم RSTP بتمكين المحول من إرسال BPDU في كل مرة ترحيب.
يتضمن STP نوعين من المنافذ: المنفذ الجذري والمنفذ المعين	تشتمل طريقة RSTP على منفذ إضافي ومنفذ بديل ومنافذ احتياطية.

ملخص

يتم تعريف بروتوكول STP على أنه بروتوكول إدارة الارتباط المصمم لدعم الارتباطات المتكررة التي توقف تبديل الحلقات في شبكة STP.

الولايه او المحافظه	الوصف	معالجة وحدات BPDU	تعلم ماك
INTI	تهيئة المنفذ.	لا	لا
معاق	الدولة الإدارية التي لا تشارك في العمليات القياسية لـ STP.	لا	لا
حجب	لا يقوم المنفذ بإعادة توجيه إطارات Ethernet.	نعم (استلام ومعالجة BPDUS فقط)	لا
استماع	يتم حساب الهيكل الخالي من الحلقات في حالة STP هذه. تم تعيين الميناء دوره.	نعم (إرسال واستقبال BPDUS)	لا
التعلُّم	إنها حالة إضافية لتأخير إعادة توجيه إطارات Ethernet، مما يساعدك على تجنب إغراق الشبكة.	نعم	نعم (جدول عناوين MAC الشائع)
إعادة توجيه	التشغيل العادي لإعادة توجيه إطارات Ethernet.	نعم	نعم