STP – スパニングツリープロトコルの説明

STPとは何ですか?

STP は、STP ネットワーク内のスイッチングループを停止する冗長リンクをサポートするように設計されたリンク管理プロトコルです。これはブリッジおよびスイッチ上で実行されるレイヤ 2 プロトコルであり、スイッチインターフェイス上で有効にする必要があります。 IEEE は STP プロトコルを IEE 802.1D として標準化しました。 STP の完全な形式はスパニングツリープロトコルです。

なぜSTPが必要なのでしょうか?

スパニングツリープロトコルが重要となる状況をいくつか示します。

ネットワークの信頼性 (耐障害性) は、冗長性の導入によって指数関数的に向上します。
トラフィックをまだ不明な宛先に送信する必要がある場合、スイッチはトラフィックをすべてのポートにフラッディングします。
ブロードキャストおよびマルチキャストトラフィックは、トラフィックが到着したポートを除くすべてのポートに転送されます。
スパニングツリープロトコルは、ループのある物理トポロジからループのない論理トポロジを作成するために使用されます。

STPはどのように機能しますか? 例

スパニングツリーは、アルゴリズムを使用して、 LAN そして最適なパスを選択します。これは主に、すべてのリンクを転送またはブロックするために使用されます。

このプロセスの後、冗長リンクを持たないすべてのリンクはフォワーディング状態になる可能性があります。選択したリンクほど優れていない冗長リンクがブロックされます。スパニングツリーは、同じ宛先への複数のリンクを使用しません。スパニングツリーには負荷分散機能はありません。

STPの種類

ここでは、さまざまなタイプのスパニングツリープロトコルを示します。

スタンダード	説明	略語
IEEE 802D。	ループ防止変更があった場合のツリーの自動再構成遅いコンバージェンス (最大 50 bps)	STP
IEEE 802w	高速スパニングツリープロトコルより高速なコンバージェンスによる改良された STP STPとの下位互換性	RSTP
IEEE 802Q	仮想LAN すべての VLAN に対して 1 つの共通スパニングツリーを定義する	CST
Cisco プロプライエタリ	VLAN ごとのスパニングツリー VLAN ごとに 1 つの STP インスタンス PVST + は PVST の改良版です	PVRST+ または R-PVST+
Cisco プロプライエタリ	VLAN ごとの高速スパニングツリー	PVRST+ または R-PVST+
IEEE 802.1s	マルチスパニングツリープロトコル VLAN の複数のインスタンスが 1 つの STP にマッピングされます。	MSTPまたはMl STP

スパニングツリーの基準

スパニングツリーループの XNUMX つの基準は、インターフェイスがフォワーディングステートであるかどうかを判断するのに役立ちます。

ルートブリッジ上のすべてのインターフェイスはフォワーディング状態にする必要があります。
ルートブリッジではない他のブリッジの場合、ルートブリッジに最も近いポートがフォワーディングステートになります。
ルートブリッジまでの管理距離が最も短いブリッジは、指定ブリッジと呼ばれます。

STPプロトコルの段階

スパニングツリーポート状態の XNUMX つの段階は次のとおりです。

ブロッキング状態

ブロック状態は非指定ポートであり、フレーム転送には決して参加しません。制限時間は20秒または無制限です。 STP を有効にすると、インターフェイスは常にブロッキングステートになります。

リスニング状態

リスニング状態が最初の状態です。ブロッキング状態から移行するインターフェースです。インターフェイスは、次のことを決定するのに役立ちます。フレーム転送に参加する必要があるインターフェイス。

リスニング状態では次の機能が実行されます。

ポートで受信したフレームを破棄します
アドレスを学習しない
BPDUを受信します

学習状態

学習状態は、フレーム転送に参加するための準備に役立ちます。このインターフェイスを使用すると、リスニングスレートから学習状態に入ることができます。

学習状態では次の機能が実行されます。

ポートで受信したフレームを破棄します
BPDUを受信します
住所を学習します

転送状態

転送状態のインターフェイスは、転送フレームを形成します。このインターフェイスは、学習状態から転送状態に入り、次の機能を実行します。

ポートで受信したフレームを受信および転送します。
住所を学習します
BPDUを受信します

無効状態

この状態は、ポートが管理上無効になっており、タイミングも無制限であるため、スパニングツリーループには参加しません。

無効なインターフェースは次の機能を実行します。

ポートで受信したフレームを破棄します
アドレスを学習しない
BPDUを受信しない

スパニングツリープロトコルで使用される重要な用語

ここで使用される重要な用語をいくつか紹介します

ブリッジ

ブリッジは、XNUMX つ以上の LAN セグメントを接続する VTP の重要なコンポーネントです。

ルートブリッジ(RB)

すべてのセグメントに相互接続ポイントを提供するブリッジです。 LAN 内のすべてのブリッジにはルートへのパスがあります。 STP を使用すると、ルートブリッジを自動的に選択できます。ただし、STP ネットワーク管理者が希望する場合は、ネットワークに応じて RB を変更できます。

ノンルートブリッジ (NRB)

昼のルートブリッジは、ルートブリッジではないブリッジです。

ルートポート (RP)

ルートポートは、ルートブリッジに向かうポートです。

指定ポート (DP):

各 LAN セグメントには 1 つの指定ポートがあります。また、すべてのブリッジは DP からフレームを受信し、そのフレームを RP 経由でルートブリッジに転送します。

ポートID:

ポート ID は、ルートポートを決定するのに役立ちます。これは、設定可能な 1 バイトの優先順位値と各ブリッジの一意のポート番号で構成されます。

パスコスト (PC):

PC とも呼ばれるパスコストは、転送速度に関して最適なトポロジを決定するのに役立ちます。 STP はパスコストの概念を使用します。

指定港

指定されたポートは無効なポートであり、ネットワーク管理者によってブロックされています。このポートは別のスイッチにパケットを送信できません。また、MAC テーブルに設定されている MAC アドレスでもありません。

指定されていないポート

非指定ポートは、ブロックされているスイッチポートです。これは、ブロックされたポート、または代替ポートとも呼ばれます。次のスイッチにパケットを転送できません。また、 MACアドレス MAC テーブルにあります。

RSTP:

Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) は、イーサネットネットワークのループフリートポロジを保証するネットワークプロトコルです。

ブリッジプロトコルデータユニット (BPDU)

スパニングツリープロトコルでは、ループフリーの論理トポロジを実現するために、STP ネットワークデバイスがメッセージを交換する必要があります。これらのメッセージは BPDUS (ブリッジプロトコルデータユニット) と呼ばれます。各ネットワークデバイスは BPDU を送信し、トポロジ情報の交換に役立ちます。

BPDUS はスイッチが次のことを実行できるように支援します。

スパニングツリーのルートとして機能する単一のスイッチを選択します
BPDUS は、BPDUS 自体からルートスイッチまでの最短パスを計算するのにも役立ちます。ルートスイッチは、各 LAN セグメントのルートに最も近いスイッチの XNUMX つとして指定されます。
ポートの XNUMX つをルートポートとして選択します (スイッチがない場合)
指定ポートと呼ばれるスパニングツリーアルゴリズムの一部であるポートを選択します。
指定されていないポートをブロックします。

構成 BPDU

これは、ネットワークトポロジ内のルートデバイスの一意のブリッジ ID です。これは、送信ブリッジのブリッジ ID、送信ポートの識別子として機能します。

トポロジ変更通知 (TCN) BPDU

XNUMX 台のネットワークデバイスがルートブリッジとして選択されます。ルートブリッジまでの最短距離は、パスコストに基づいてネットワークデバイスごとに計算する必要があります。

LAN セグメントごとに指定されたブリッジが選択されます。これはルートブリッジに最も近いネットワークデバイスでもあるため、ルートに転送する必要があります。これは、ブリッジからルートブリッジへの最適なパスを提供するポートです。

STPとRSTPの違い

STP	RSTP
STP では、ブリッジは RB (ルートブリッジ) からの RP (ルートプロトコル) をレビューするときにのみ BPDU を送信します。	RSTP により、スイッチは Hello タイムごとに BPDU を送信できるようになります。
STP には、ルートポートと指定ポートの XNUMX つのポートタイプが含まれます	RSTP 方式には、追加ポート、代替ポート、およびバックアップポートが含まれます。

まとめ

STP プロトコルは、STP ネットワーク内のスイッチングループを停止する冗長リンクをサポートするように設計されたリンク管理プロトコルとして定義されます。

都道府県	説明	BPDUの処理	MACを学ぶ
インティ	ポートの初期化。	NO	NO
身体障がい者	STP 標準操作に参加しない管理状態。	NO	いいえ
ブロッキング	このポートはイーサネットフレームを転送しません。	はい (BPDUS のみを受信して処理します)	いいえ
耳を傾ける	ループフリートポロジの計算は、この STP 状態で実行されます。ポートにはその役割が割り当てられます。	はい (BPDUS の送受信)	NO
教室を超える	これは、イーサネットフレームの転送を遅延させるための追加の状態であり、ネットワークのフラッディングを回避するのに役立ちます。	はい	はい (一般的な MAC アドレステーブル)
輸送	イーサネットフレームを転送する通常の操作。	はい	はい

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