STP – Επεξήγηση του πρωτοκόλλου Spanning Tree

Γιατί χρειαζόμαστε STP;

Ακολουθεί κάποια κατάσταση όταν το πρωτόκολλο Spanning Tree είναι σημαντικό:

• Η αξιοπιστία (ανοχή σφαλμάτων) του δικτύου αυξάνεται εκθετικά με την εισαγωγή του πλεονασμού.
• Οι διακόπτες κατακλύζουν την κυκλοφορία από όλα τα λιμάνια, όταν η κίνηση πρέπει να σταλεί σε έναν προορισμό που δεν είναι ακόμη γνωστός.
• Η κίνηση μετάδοσης και πολλαπλής εκπομπής προωθείται σε κάθε λιμάνι, εκτός από το λιμάνι στο οποίο έφτασε η κίνηση.
• Το πρωτόκολλο Spanning-Tree χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μιας λογικής τοπολογίας χωρίς βρόχο από μια φυσική τοπολογία που έχει βρόχους.

Πώς λειτουργεί το STP; Παράδειγμα

Τα δέντρα που εκτείνονται χρησιμοποιούν έναν αλγόριθμο για την αναζήτηση των περιττών συνδέσμων στο LAN και επιλέξτε τα καλύτερα μονοπάτια. Χρησιμοποιείται κυρίως για την τοποθέτηση όλων των συνδέσμων είτε σε προώθηση είτε σε αποκλεισμό.

Μετά από αυτή τη διαδικασία, όλοι οι σύνδεσμοι χωρίς περιττό σύνδεσμο είναι πιθανό να βρίσκονται σε κατάσταση προώθησης. Οι περιττοί σύνδεσμοι που δεν ήταν τόσο καλοί όσο οι επιλεγμένοι σύνδεσμοι θα αποκλείονταν. Το Spanning Tree δεν χρησιμοποιεί ποτέ πολλούς συνδέσμους προς τον ίδιο προορισμό. Δεν υπάρχει δυνατότητα κοινής χρήσης φορτίου με το Spanning Tree.

Τύποι STP

Ακολουθούν διάφοροι τύποι πρωτοκόλλων Spanning Tree:

Βασική	Descriptιόν	Συντομογραφία
IEEE 802. 1D.	Πρόληψη βρόχου Αυτόματη επαναρύθμιση του δέντρου σε περίπτωση αλλαγών Αργή σύγκλιση (έως 50 bps)	STP
IEEE 802. 1w	Πρωτόκολλο Rapid Spanning Tree Βελτιωμένο STP με ταχύτερη σύγκλιση Συμβατό προς τα πίσω με STP	RSTP
IEEE 802. 1Q	Εικονικό δίκτυο LAN Καθορισμός 1 κοινού εκτεινόμενου δέντρου για όλα τα VLAN	CST
Cisco Ιδιόκτητο	Ανά VLAN Spanning Tree 1 στιγμιότυπο STP ανά VLAN Το PVST + είναι μια βελτιωμένη παραλλαγή του PVST	PVRST+ ήR-PVST+
Cisco Ιδιόκτητο	Ανά VLAN Rapid Spanning Tree	PVRST+ ήR-PVST+
IEEE 802.1s	Πρωτόκολλο Multiple Spanning Tree Πολλαπλές παρουσίες VLAN αντιστοιχισμένες σε 1 STP.	MSTP ή Ml STP

Κριτήρια για το Spanning Tree

Τα τρία κριτήρια για τον βρόχο Spanning Tree που βοηθούν να αποφασιστεί ότι η διεπαφή είναι στην κατάσταση προώθησης είναι:

• Όλες οι διεπαφές στη γέφυρα ρίζας θα πρέπει να τεθούν σε κατάσταση προώθησης.
• Για άλλες γέφυρες που δεν είναι η γέφυρα ρίζας, η θύρα που είναι πιο κοντά στη γέφυρα ρίζας τίθεται σε κατάσταση προώθησης.
• Η γέφυρα με τη χαμηλότερη απόσταση διαχειριστή από τη γέφυρα ρίζας είναι γνωστή ως η καθορισμένη γέφυρα.

Στάδιο Πρωτοκόλλου STP

Τέσσερα στάδια των καταστάσεων Spanning-Tree Port είναι:

Κράτος αποκλεισμού

Η κατάσταση αποκλεισμού είναι μια μη καθορισμένη θύρα και δεν συμμετέχει ποτέ στην προώθηση καρέ. Το χρονικό του όριο είναι 20 δευτερόλεπτα ή απεριόριστο. Μια διεπαφή εισέρχεται πάντα σε κατάσταση αποκλεισμού όταν ενεργοποιείτε το STP.

Κράτος ακρόασης

Η κατάσταση ακρόασης είναι η πρώτη κατάσταση. Είναι μια διεπαφή που εισάγεται μετά την κατάσταση αποκλεισμού. Η διεπαφή σάς βοηθά να προσδιορίσετε ότι η διεπαφή που θα πρέπει να συμμετέχει στην προώθηση πλαισίου.

Η κατάσταση ακρόασης εκτελεί τις ακόλουθες λειτουργίες:

• Απορρίπτει τα πλαίσια που λαμβάνονται στη θύρα
• Δεν μαθαίνει διευθύνσεις
• Λαμβάνει BPDU

Κατάσταση μάθησης

Η κατάσταση μάθησης βοηθά στην προετοιμασία για τη συμμετοχή στην προώθηση πλαισίου. Η διεπαφή μάς επιτρέπει να εισέλθουμε στην κατάσταση εκμάθησης από την πλάκα ακρόασης.

Η κατάσταση μάθησης εκτελεί τις ακόλουθες λειτουργίες:

• Απορρίπτει τα πλαίσια που λαμβάνονται στη θύρα
• Λαμβάνει BPDU
• Μαθαίνει διευθύνσεις

Κράτος αποστολής

Μια διεπαφή στην κατάσταση προώθησης σχηματίζει τα εμπρός πλαίσια. Αυτή η διεπαφή εισέρχεται στην κατάσταση προώθησης από την κατάσταση εκμάθησης που εκτελεί τις ακόλουθες λειτουργίες:

• Λήψη και προώθηση καρέ που λαμβάνεται στη θύρα
• Μαθαίνει διευθύνσεις
• Λαμβάνει BPDU

Κράτος με ειδικές ανάγκες

Αυτή η κατάσταση δεν συμμετέχει στον βρόχο Spanning Tree επειδή η θύρα είναι διοικητικά απενεργοποιημένη και ο χρονισμός της είναι επίσης απεριόριστος.

Μια απενεργοποιημένη διεπαφή εκτελεί τις ακόλουθες λειτουργίες:

• Απορρίπτει τα πλαίσια που λαμβάνονται στη θύρα
• Δεν μαθαίνει διευθύνσεις
• Δεν λαμβάνει BPDU

Σημαντικοί όροι που χρησιμοποιούνται στο Spanning Tree Protocol

Ακολουθούν ορισμένοι σημαντικοί όροι που χρησιμοποιούνται

Γέφυρα

Το Bridge είναι ένα σημαντικό στοιχείο του VTP, το οποίο συνδέει δύο ή περισσότερα τμήματα LAN.

Root Bridge (RB)

Είναι η γέφυρα που προσφέρει ένα σημείο διασύνδεσης για όλα τα τμήματα. Όλες οι γέφυρες σε ένα LAN έχουν μια διαδρομή προς τη ρίζα. Το STP σάς επιτρέπει να επιλέξετε αυτόματα το root bridge. Ωστόσο, εάν ο διαχειριστής του δικτύου STP θέλει, μπορεί να αλλάξει το RB ανάλογα με το δίκτυο.

Non-Root Bridge (NRB)

Μια μεσημεριανή γέφυρα είναι κάθε γέφυρα που δεν είναι η ρίζα.

Θύρα ρίζας (RP)

Η θύρα ρίζας είναι μια θύρα που οδηγεί προς τη Γέφυρα Ρίζας.

Καθορισμένο λιμάνι (DP):

Κάθε τμήμα LAN έχει 1 καθορισμένη θύρα. Κάθε γέφυρα λαμβάνει επίσης τα πλαίσια από το DP και τα προωθεί μέσω του RP του προς το Root Bridge.

Αναγνωριστικό θύρας:

Το αναγνωριστικό θύρας σάς βοηθά να αποφασίσετε τη θύρα root. Αποτελείται από μια διαμορφώσιμη τιμή προτεραιότητας 1 byte και έναν μοναδικό αριθμό θύρας για κάθε γέφυρα.

Κόστος διαδρομής (Η/Υ):

Το κόστος διαδρομής, το οποίο είναι επίσης γνωστό ως PC, βοηθά στην επιλογή της καλύτερης τοπολογίας όσον αφορά την ταχύτητα προώθησης. Το STP χρησιμοποιεί την έννοια του κόστους διαδρομής.

Καθορισμένα λιμάνια

Μια καθορισμένη θύρα είναι μια απενεργοποιημένη θύρα και αποκλείεται από έναν διαχειριστή δικτύου. Αυτή η θύρα δεν μπορεί να στείλει ένα πακέτο σε άλλο μεταγωγέα. Επίσης, δεν είναι μια συμπληρωμένη διεύθυνση MAC στον πίνακα MAC.

Μη καθορισμένες θύρες

Μια μη καθορισμένη θύρα είναι μια θύρα μεταγωγέα που είναι μπλοκαρισμένη. Είναι επίσης γνωστή ως αποκλεισμένη θύρα ή μερικές φορές εναλλακτική θύρα. Δεν μπορεί να προωθήσει πακέτα στον επόμενο μεταγωγέα. Επίσης δεν κατοικεί το Διεύθυνση MAC στον πίνακα MAC.

RSTP:

Το πρωτόκολλο Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) είναι ένα πρωτόκολλο δικτύου που διασφαλίζει μια τοπολογία χωρίς βρόχο για δίκτυα Ethernet.

Μονάδες δεδομένων πρωτοκόλλου γέφυρας (BPDU)

Το πρωτόκολλο Spanning Tree απαιτεί μια συσκευή δικτύου STP για την ανταλλαγή μηνυμάτων για βοήθεια από μια λογική τοπολογία χωρίς βρόχο. Αυτά τα μηνύματα ονομάζονται BPDUS (Bridge Protocol Data Units). Κάθε συσκευή δικτύου στέλνει BPDU, τα οποία βοηθούν στην ανταλλαγή πληροφοριών τοπολογίας.

Το BPDUS βοηθά τους διακόπτες να κάνουν τα εξής:

• Επιλέξτε έναν μόνο διακόπτη που θα λειτουργεί ως η ρίζα του εκτεινόμενου δέντρου
• Το BPDUS βοηθά επίσης στον υπολογισμό της συντομότερης διαδρομής από τον εαυτό του στον διακόπτη ρίζας, ο οποίος ορίζεται ως ένας από τους διακόπτες ως ο πλησιέστερος σε έναν προς τη Ρίζα για κάθε τμήμα LAN.
• Επιλέξτε μία από τις θύρες του ως θύρα root (αν δεν είναι διακόπτης)
• Σηκώστε τη θύρα που είναι μέρος του αλγορίθμου που καλύπτει το δέντρο που ονομάζεται καθορισμένες θύρες.
• Αποκλείει τις μη καθορισμένες θύρες.

Διαμόρφωση BPDU

Είναι ένα μοναδικό αναγνωριστικό γεφύρωσης της ριζικής συσκευής στην τοπολογία δικτύου. Λειτουργεί ως αναγνωριστικό γέφυρας της γέφυρας εκπομπής, αναγνωριστικό της θύρας εκπομπής.

Ειδοποίηση αλλαγής τοπολογίας (TCN) BPDU

Μία συσκευή δικτύου επιλέγεται ως ρίζα γέφυρας. Η μικρότερη απόσταση από τη γέφυρα ρίζας θα πρέπει να υπολογίζεται για κάθε συσκευή δικτύου με βάση το κόστος διαδρομής.

Επιλέγεται μια καθορισμένη γέφυρα για κάθε τμήμα LAN. Αυτή είναι επίσης η συσκευή δικτύου που βρίσκεται πιο κοντά στη γέφυρα ρίζας, επομένως θα πρέπει να προωθηθεί στη ρίζα. Αυτή είναι η θύρα που παρέχει την καλύτερη διαδρομή από τη γέφυρα σε οποιαδήποτε ρίζα γέφυρα.

Διαφορές μεταξύ STP και RSTP

STP	RSTP
Στο STP, η γέφυρα στέλνει ένα BPDU μόνο όταν αναθεωρηθεί στο RP (πρωτόκολλο ρίζας) από το RB (η γέφυρα ρίζας).	Το RSTP επιτρέπει στον διακόπτη να στέλνει BPDU σε κάθε στιγμή γεια.
Το STP περιλαμβάνει δύο τύπους θυρών: Root Port και Designated Port	Η μέθοδος RSTP περιλαμβάνει πρόσθετη θύρα, εναλλακτική θύρα και εφεδρικές θύρες.

Σύνοψη

Το πρωτόκολλο STP ορίζεται ως ένα πρωτόκολλο διαχείρισης συνδέσμων που έχει σχεδιαστεί για να υποστηρίζει πλεονάζουσες συνδέσεις που σταματά την εναλλαγή βρόχων στο δίκτυο STP.

Κατάσταση	Descriptιόν	Επεξεργασία BPDU	Μάθετε MAC
Ίντι	Αρχικοποίηση λιμένα.	ΟΧΙ	ΟΧΙ
ανάπηρος	Διοικητικό κράτος που δεν συμμετέχει στις τυπικές λειτουργίες STP.	ΟΧΙ	Οχι
κλείδωμα	Η θύρα δεν προωθεί τα πλαίσια Ethernet.	Ναι (λήψη και επεξεργασία μόνο BPDUS)	Οχι
Ακούγοντας	Ο υπολογισμός της τοπολογίας χωρίς βρόχο πραγματοποιείται σε αυτήν την κατάσταση STP. Στο λιμάνι ανατίθεται ο ρόλος του.	Ναι (Αποστολή και λήψη BPDUS)	ΟΧΙ
Μάθηση	Είναι μια επιπλέον κατάσταση η καθυστέρηση της προώθησης πλαισίων Ethernet, η οποία σας βοηθά να αποφύγετε την πλημμύρα του δικτύου.	Ναι	Ναι (δημοφιλής πίνακας διευθύνσεων MAC)
Προώθηση	Κανονική λειτουργία προώθησης πλαισίων Ethernet.	Ναι	Ναι