STP – Spiegazione del protocollo Spanning Tree

Perché abbiamo bisogno dell’STP?

Ecco alcune situazioni in cui il protocollo Spanning Tree è importante:

• L'affidabilità (tolleranza ai guasti) della rete aumenta esponenzialmente con l'introduzione della ridondanza.
• Devia il traffico inondato da tutte le porte, quando il traffico deve essere inviato a una destinazione non ancora nota.
• Il traffico broadcast e multicast viene inoltrato a ogni porta, ad eccezione della porta su cui è arrivato il traffico.
• Il protocollo Spanning-Tree viene utilizzato per creare una topologia logica senza loop da una topologia fisica dotata di loop.

Come funziona l'STP? Esempio

Gli spanning tree utilizzano un algoritmo per cercare i collegamenti ridondanti nel file LAN e seleziona i percorsi migliori. Viene utilizzato principalmente per inserire tutti i collegamenti in inoltro o blocco.

Dopo questo processo, è probabile che tutti i collegamenti senza un collegamento ridondante si trovino nello stato di inoltro. I collegamenti ridondanti che non fossero buoni quanto i collegamenti selezionati verrebbero bloccati. Spanning Tree non utilizza mai più collegamenti alla stessa destinazione. Non esiste alcuna funzionalità di condivisione del carico con Spanning Tree.

Tipi di STP

Ecco i diversi tipi di protocolli Spanning Tree:

Standard	Descrizione	Abbreviazione
IEEE 802D.	Prevenzione del loop Riconfigurazione automatica dell'albero in caso di modifiche Convergenza lenta (fino a 50 bps)	STP
IEEE 802. 1w	Protocollo Rapid Spanning Tree STP migliorato con convergenza più rapida Retrocompatibile con STP	RSTP
IEEE 802Q	LAN virtuale Definizione di 1 spanning tree comune per tutte le VLAN	CST
Cisco Proprietary	Per albero spanning VLAN 1 istanza STP per VLAN PVST+ è una variante migliorata del PVST	PVRST+ oR-PVST+
Cisco Proprietary	Per Rapid Spanning Tree VLAN	PVRST+ oR-PVST+
IEEE 802.1	Protocollo Spanning Tree multiplo Più istanze di VLAN mappate su 1 STP.	MSTP oMl STP

Criteri per l'albero di copertura

I tre criteri per il ciclo Spanning Tree aiutano a decidere che l'interfaccia si trova nello stato di inoltro sono:

• Tutte le interfacce sul root bridge dovrebbero essere messe in stato di inoltro.
• Per gli altri bridge che non sono il root bridge, la porta più vicina al root bridge viene messa nello stato di inoltro.
• Il bridge con la distanza amministrativa più bassa dal root bridge è noto come bridge designato.

Fase del protocollo STP

Le quattro fasi degli stati di Spanning Tree Port sono:

Stato bloccante

Lo stato di blocco è una porta non designata e non partecipa mai all'inoltro dei frame. Il suo limite di tempo è di 20 secondi o illimitato. Un'interfaccia entra sempre nello stato di blocco quando si abilita STP.

Stato di ascolto

Lo stato di ascolto è il primo stato. È un'interfaccia a cui si accede dopo lo stato di blocco. L'interfaccia ti aiuta a determinare che l'interfaccia che dovrebbe partecipare al frame forwarding.

Lo stato di ascolto esegue le seguenti funzioni:

• Scarta i frame ricevuti sulla porta
• Non impara gli indirizzi
• Riceve BPDU

Stato di apprendimento

Lo stato di apprendimento aiuta a prepararsi per la partecipazione al frame forwarding. L'interfaccia ci consente di entrare nello stato di apprendimento dalla lavagna di ascolto.

Lo stato di apprendimento svolge le seguenti funzioni:

• Scarta i frame ricevuti sulla porta
• Riceve BPDU
• Impara gli indirizzi

Stato di inoltro

Un'interfaccia nello stato di inoltro forma i frame di inoltro. Questa interfaccia entra nello stato di inoltro dallo stato di apprendimento che esegue le seguenti funzioni:

• Riceve e inoltra i frame ricevuti sulla porta
• Impara gli indirizzi
• Riceve BPDU

Stato disabilitato

Questo stato non partecipa al ciclo Spanning Tree perché la porta è disabilitata a livello amministrativo e anche la sua temporizzazione è illimitata.

Un'interfaccia disabilitata esegue le seguenti funzioni:

• Scarta i frame ricevuti sulla porta
• Non impara gli indirizzi
• Non riceve BPDU

Termini importanti utilizzati nel protocollo Spanning Tree

Ecco alcuni termini importanti utilizzati

Ponte

Il bridge è un componente importante del VTP, che collega due o più segmenti LAN.

Ponte Radice (RB)

È il ponte che offre un punto di interconnessione per tutti i segmenti. Tutti i bridge in una LAN hanno un percorso verso la radice. STP consente di selezionare automaticamente il root bridge. Tuttavia, se l'amministratore della rete STP lo desidera, può modificare l'RB in base alla rete.

Ponte non root (NRB)

Un ponte mezzogiorno-root è qualsiasi ponte che non sia il ponte root.

Porta root (RP)

La porta root è una porta che conduce verso il Root Bridge.

Porto designato (DP):

Ogni segmento LAN ha 1 porta designata. Ogni bridge riceve anche i frame da DP e li inoltra tramite il suo RP verso il Root Bridge.

ID porta:

L'ID della porta ti aiuta a decidere la porta root. Consiste in un valore di priorità configurabile di 1 byte e un numero di porta univoco di ciascun bridge.

Costo del percorso (PC):

Il costo del percorso, noto anche come PC, aiuta a decidere la migliore topologia per quanto riguarda la velocità di inoltro. STP utilizza il concetto di costo del percorso.

Porti designati

Una porta designata è una porta disabilitata ed è bloccata da un amministratore di rete. Questa porta non può inviare un pacchetto a un altro switch. Inoltre, non è un indirizzo MAC popolato nella tabella MAC.

Porti non designati

Una porta non designata è una porta dello switch bloccata. È nota anche come porta bloccata o talvolta come porta alternativa. Non può inoltrare pacchetti allo switch successivo. Inoltre non popola il file Indirizzo MAC nella tabella MAC.

RSTP:

Il Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) è un protocollo di rete che garantisce una topologia senza loop per le reti Ethernet.

Unità dati protocollo bridge (BPDU)

Il protocollo Spanning Tree richiede un dispositivo di rete STP per scambiare messaggi per aiutare da una topologia logica senza loop. Questi messaggi sono chiamati BPDUS (Bridge Protocol Data Units). Ogni dispositivo di rete invia BPDU, che aiutano a scambiare informazioni sulla topologia.

BPDUS aiuta gli switch a fare quanto segue:

• Seleziona un singolo interruttore che fungerà da radice dello spanning tree
• BPDUS aiuta anche a calcolare il percorso più breve da se stesso allo switch root, che viene designato come uno degli switch più vicino a quello root per ciascun segmento LAN.
• Seleziona una delle sue porte come porta root (se non è uno switch)
• Raccogli le porte che fanno parte dell'algoritmo dello spanning tree chiamato porte designate.
• Blocca le porte non designate.

Configurazione BPDU

È un ID bridge univoco del dispositivo root nella topologia di rete. Funziona come un ID del bridge trasmittente, un identificatore della porta trasmittente.

Notifica di modifica della topologia (TCN) BPDU

Un dispositivo di rete è selezionato come root bridge. La distanza più breve dal root bridge dovrebbe essere calcolata per ciascun dispositivo di rete in base al costo del percorso.

Viene selezionato un bridge designato per ogni segmento LAN. Questo è anche il dispositivo di rete più vicino al root bridge, quindi dovrebbe essere inoltrato al root. Questa è la porta che fornisce il percorso migliore dal bridge a qualsiasi root bridge.

Differenze tra STP e RSTP

STP	RSTP
In STP, il bridge invia un BPDU solo quando viene rivisto sul proprio RP (protocollo root) da RB (il bridge root).	RSTP consente allo switch di inviare BPDU a ogni orario di saluto.
STP include due tipi di porta: Porta root e Porta designata	Il metodo RSTP include porte aggiuntive, porte alternative e porte di backup.

Sommario

Il protocollo STP è definito come un protocollo di gestione dei collegamenti progettato per supportare collegamenti ridondanti che interrompe la commutazione dei loop nella rete STP.

Regione / Stato	Descrizione	Elaborare BPDU	Impara il MAC
Inti	Inizializzazione di una porta.	NO	NO
disabile	Stato amministrativo che non partecipa alle operazioni standard STP.	NO	Non
Prodotti di blocco	La porta non inoltra frame Ethernet.	Sì (ricevi ed elabora solo BPDUS)	Non
Ascolto	Il calcolo della topologia senza loop viene eseguito in questo stato STP. Al porto viene assegnato il suo ruolo.	Sì (invia e ricevi BPDUS)	NO
Formazione	È uno stato aggiuntivo per ritardare l'inoltro dei frame Ethernet, che aiuta a evitare di inondare la rete.	Si	Sì (tabella degli indirizzi MAC più diffusi)
Spedizione	Normale operazione di inoltro di frame Ethernet.	Si	Si