STP – Spanning Tree Protocol forklaret

Hvad er STP?

Spanning Tree Protocol (STP) er en linkhåndteringsprotokol, der er designet til at understøtte redundante links, samtidig med at det forhindrer switching loops i netværket. Det er en Layer 2 protokol, der kører på broer og switche og skal være aktiveret på switchgrænsefladerne. IEEE standardiserede den som IEEE 802.1D.

Hvorfor har vi brug for STP?

Redundante links forbedrer fejltolerancen, men uden en mekanisme til at forebygge loops kan de også skabe farlige switching loops. Her er de situationer, hvor Spanning Tree Protocol bliver vigtig:

• Netværkets pålidelighed (fejltolerance) øges betydeligt gennem introduktionen af ​​redundans.
• Skifter oversvømmelsestrafik ud af alle havne, når den skal nå en destination, der endnu ikke er kendt.
• Broadcast- og multicast-trafik videresendes fra alle porte undtagen den, den ankom på.
• STP opretter en løkkefri logisk topologi ud fra en fysisk topologi, der indeholder løkker.

Hvordan virker STP? Eksempel

Spanning tree bruger en algoritme til at søge efter redundante links i LAN og vælg de bedste stier. Den placerer hvert link i enten en videresendelses- eller en blokeringstilstand.

Efter denne proces forbliver links uden et redundant alternativ i videresendelsestilstanden. Redundante links, der ikke blev valgt som den bedste sti, blokeres. Spanning Tree bruger aldrig flere links til den samme destination, så det giver ingen belastningsdeling.

Typer af STP

Her er de forskellige typer af Spanning Tree-protokoller:

Standard	Beskrivelse	Forkortelse
IEEE 802.1D	Løkkeforebyggelse; automatisk rekonfiguration af træet efter enhver ændring; langsom konvergens (op til 50 sekunder)	STP
IEEE 802.1w — Rapid Spanning Tree-protokol	Forbedret STP med hurtigere konvergens; bagudkompatibel med STP	RSTP
IEEE 802.1Q — Virtuelt LAN	Definerer et fælles spanning tree for alle VLAN'er	CST
Cisco proprietær — Per-VLAN Spanning Tree	Én STP-instans pr. VLAN; PVST+ er en forbedret variant af PVST	PVST+
Cisco proprietær — Rapid Spanning Tree pr. VLAN	Hurtig konvergens pr. VLAN	PVRST+ / R-PVST+
IEEE 802.1s — Multiple Spanning Tree-protokol	Flere VLAN'er tilknyttet til en enkelt STP-instans	MSTP

Kriterier for Spanning Tree

Tre kriterier afgør, hvilke grænseflader der placeres i videresendelsestilstand:

• Alle grænseflader på rodbroen sættes i en videresendelsestilstand.
• For broer, der ikke er rodbroen, sættes porten tættest på rodbroen (laveste stiomkostninger) i en videresendelsestilstand.
• Broen med den laveste ruteomkostning til rodbroen på et segment er kendt som den udpegede bro.

Faser i STP-protokollen

En Spanning Tree-port går gennem flere tilstande, før den videresender trafik, som diagrammet nedenfor viser:

Blokerende stat

En blokerende port er en ikke-dedikeret port, der aldrig deltager i frame forwarding. Dens timer er 20 sekunder (den maksimale aldersværdi). En grænseflade går altid i blokeringstilstand, når du aktiverer STP.

Lyttestat

Lyttetilstanden er den første overgangstilstand, som en port går ind i efter blokering. Her bestemmer porten, om den skal deltage i frame forwarding. Lyttetilstanden udfører følgende funktioner:

• Kasserer rammer modtaget på porten
• Lærer ikke MAC-adresser
• Modtager BPDU'er

Læringstilstand

Læringstilstanden forbereder porten til at deltage i frame forwarding. En port går ind i læringstilstanden fra lyttetilstanden og udfører følgende funktioner:

• Kasserer rammer modtaget på porten
• Modtager BPDU'er
• Lærer MAC-adresser

Forsendelsesstat

En port i videresendelsestilstanden videresender frames. Den går ind i videresendelsestilstanden fra læringstilstanden og udfører følgende funktioner:

• Modtager og videresender rammer modtaget på porten
• Lærer MAC-adresser
• Modtager BPDU'er

Deaktiveret tilstand

En deaktiveret port deltager ikke i Spanning Tree, fordi den er administrativt lukket ned; dens tid er ubegrænset. En deaktiveret grænseflade udfører følgende funktioner:

• Kasserer rammer modtaget på porten
• Lærer ikke MAC-adresser
• Modtager ikke BPDU'er

Vigtige termer brugt i Spanning Tree Protocol

Her er nogle vigtige termer, der bruges i STP:

Bro

En bro er en vigtig komponent i STP, der forbinder to eller flere LAN-segmenter.

Root Bridge (RB)

Rodbroen tilbyder et forbindelsespunkt for alle segmenter, og hver bro i et LAN har en sti til den. STP vælger automatisk rodbroen, selvom en netværksadministrator kan ændre den efter behov.

Non-Root Bridge (NRB)

En ikke-rodbro er enhver bro, der ikke er rodbroen.

Root Port (RP)

Rodporten er den port, der fører mod rodbroen.

Udpeget havn (DP)

Hvert LAN-segment har én dedikeret port. Hver bro modtager frames på sin dedikerede port og videresender dem gennem sin rodport mod rodbroen.

Port-ID

Port-ID'et hjælper med at bestemme rodporten. Det består af en konfigurerbar prioritetsværdi på 1 byte og et unikt portnummer for hver bro.

Stiomkostninger (PC)

Stiomkostninger hjælper med at bestemme den bedste topologi med hensyn til videresendelseshastighed; et link med lavere båndbredde har en højere pris. STP bruger stiomkostninger til at vælge den korteste rute til rodbroen.

Ikke-udpeget havn

En ikke-designeret port er en switchport, der er blokeret, også kaldet en blokeret eller alternativ port. Den kan ikke videresende frames til den næste switch og udfylder ikke MAC-adressetabellen.

RSTP

Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) er en netværksprotokol, der sikrer en loopfri topologi for Ethernet-netværk og konvergerer meget hurtigere end den oprindelige STP.

Bridge Protocol Data Units (BPDU)

Spanning Tree Protocol kræver, at netværksenheder udveksler beskeder, så de kan danne en løkkefri logisk topologi. Disse beskeder kaldes BPDU'er (Bridge Protocol Data Units). Hver netværksenhed sender BPDU'er for at dele topologiinformation.

BPDU'er hjælper switche med at gøre følgende:

• Vælg en enkelt switch til at fungere som roden af ​​​​spanning tree.
• Beregn den korteste vej fra hver switch til rodswitchen, og udpeg én switch som tættest på roden for hvert LAN-segment.
• Vælg én port på hver switch som dens rodport (hvis det ikke er rodswitchen).
• Identificér de porte, der er en del af spanning tree, som udpegede porte.
• Bloker de ikke-udpegede porte.

Konfiguration BPDU

En konfigurations-BPDU indeholder rodenhedens bro-ID, bro-ID'et for transmittingbroen og en identifikator for transmitting-port.

Topologiændringsmeddelelse (TCN) BPDU

En TCN BPDU sendes af en switch mod rootbroen, når den registrerer en ændring i netværkstopologien, f.eks. et link, der går op eller ned. Rootbroen instruerer derefter hver switch til at forkorte sin MAC-adressetabels aldringstid, så forældede poster hurtigt slettes.

Forskelle mellem STP og RSTP

Tabellen nedenfor fremhæver de vigtigste forskelle mellem STP og RSTP:

STP	RSTP
I STP sender en bro kun en BPDU, når den modtager en på sin rootport fra rootbroen.	RSTP gør det muligt for hver switch at sende en BPDU ved hvert hello-interval.
STP definerer to portroller: rodport og designeret port.	RSTP tilføjer to yderligere roller: den alternative port og backupporten.

STP-havnestatsreferencetabel

Følgende tabel opsummerer hver STP-porttilstand, om den behandler BPDU'er, og om den lærer MAC-adresser:

Tilstand	Beskrivelse	Behandle BPDU'er	Lær MAC
I det	Initialisering af en havn.	Ingen	Ingen
handicappet	Administrativ stat, der ikke deltager i standard STP-operationer.	Ingen	Ingen
Blokering	Porten videresender ikke Ethernet-frames.	Ja (modtager og behandler kun BPDU'er)	Ingen
Lytte	Den løkkefri topologi beregnes i denne tilstand, og porten tildeles sin rolle.	Ja (sender og modtager BPDU'er)	Ingen
Learning	En yderligere tilstand, der forsinker frame forwarding for at undgå at oversvømme netværket.	Ja	Ja (udfylder MAC-adressetabellen)
Videresendelse	Normal drift, videresendelse af Ethernet-rammer.	Ja	Ja

Ofte Stillede Spørgsmål