STP – Spanning Tree Protocol uitgelegd

Wat is STP?

Spanning Tree Protocol (STP) is een linkbeheerprotocol dat is ontworpen om redundante verbindingen te ondersteunen en tegelijkertijd schakellussen in het netwerk te voorkomen. Het is een Laag 2 Een protocol dat draait op bridges en switches en dat ingeschakeld moet zijn op de switchinterfaces. IEEE heeft het gestandaardiseerd als IEEE 802.1D.

Waarom hebben we STP nodig?

Redundante verbindingen verbeteren de fouttolerantie, maar zonder een mechanisme om lussen te voorkomen, kunnen ze ook gevaarlijke schakellussen creëren. Hieronder volgen de situaties waarin Spanning Tree Protocol belangrijk wordt:

• De betrouwbaarheid (fouttolerantie) van het netwerk neemt aanzienlijk toe door de introductie van redundantie.
• Switches leiden het verkeer via alle poorten naar buiten wanneer het een bestemming moet bereiken die nog niet bekend is.
• Broadcast- en multicastverkeer wordt via alle poorten doorgestuurd, behalve via de poort waarop het is binnengekomen.
• STP creëert een lusvrije logische topologie vanuit een fysieke topologie die lussen bevat.

Hoe STP werkt? Voorbeeld

Een opspannende boom gebruikt een algoritme om de redundante verbindingen in de boom te vinden. LAN en selecteert de beste paden. Het plaatst elke link in een doorstuur- of een blokkerende status.

Na dit proces blijven links zonder een redundant alternatief in de doorstuurstatus. Redundante links die niet als beste pad zijn geselecteerd, worden geblokkeerd. Spanning Tree gebruikt nooit meerdere links naar dezelfde bestemming, dus het biedt geen load balancing.

Soorten STP

Hieronder vindt u de verschillende typen Spanning Tree-protocollen:

Standaard	Beschrijving	Afkorting
IEEE 802.1D	Luspreventie; automatische herconfiguratie van de boom na elke wijziging; trage convergentie (tot 50 seconden)	STP
IEEE 802.1w — Rapid Spanning Tree Protocol	Verbeterde STP met snellere convergentie; achterwaarts compatibel met STP.	RSTP
IEEE 802.1Q — Virtueel LAN	Definieert één gemeenschappelijke spanning tree voor alle VLAN's.	CST
Cisco eigen — Spanning Tree per VLAN	Eén STP-instantie per VLAN; PVST+ is een verbeterde variant van PVST.	PVST+
Cisco eigen — Per-VLAN Rapid Spanning Tree	Snelle convergentie per VLAN	PVRST+ / R-PVST+
IEEE 802.1s — Multiple Spanning Tree Protocol	Meerdere VLAN's toegewezen aan één STP-instantie	MSTP

Criteria voor overspannende boom

Drie criteria bepalen welke interfaces in de doorstuurstatus worden geplaatst:

• Alle interfaces op de root bridge worden in een doorstuurstatus geplaatst.
• Voor bruggen die niet de rootbridge zijn, wordt de poort die het dichtst bij de rootbridge ligt (laagste padkosten) in een doorstuurstatus geplaatst.
• De brug met de laagste padkosten naar de wortelbrug op een segment wordt de aangewezen brug genoemd.

Fasen van het STP-protocol

Een Spanning Tree-poort doorloopt verschillende toestanden voordat deze verkeer doorstuurt, zoals het onderstaande diagram laat zien:

Blokkerende staat

Een blokkerende poort is een niet-aangewezen poort die nooit deelneemt aan het doorsturen van frames. De timer is 20 seconden (de max-age waarde). Een interface komt altijd in de blokkerende status terecht wanneer STP is ingeschakeld.

Luisterende staat

De luisterstatus is de eerste overgangsstatus waarin een poort terechtkomt na het blokkeren. In deze status bepaalt de poort of deze moet deelnemen aan het doorsturen van frames. De luisterstatus vervult de volgende functies:

• Verwijdert frames die op de poort zijn ontvangen
• Leert geen MAC-adressen.
• Ontvangt BPDU's

Leren staat

De leerfase bereidt de poort voor op deelname aan frame forwarding. Een poort gaat van de luisterfase naar de leerfase en voert de volgende functies uit:

• Verwijdert frames die op de poort zijn ontvangen
• Ontvangt BPDU's
• Leert MAC-adressen

Doorsturende staat

Een poort in de doorstuurstatus stuurt frames door. De poort gaat vanuit de leerstatus naar de doorstuurstatus en voert de volgende functies uit:

• Ontvangt en stuurt frames door die op de poort worden ontvangen.
• Leert MAC-adressen
• Ontvangt BPDU's

Gehandicapte staat

Een uitgeschakelde poort neemt niet deel aan de Spanning Tree omdat deze administratief is uitgeschakeld; de timing ervan is onbeperkt. Een uitgeschakelde interface voert de volgende functies uit:

• Verwijdert frames die op de poort zijn ontvangen
• Leert geen MAC-adressen.
• Ontvangt geen BPDU's

Belangrijke termen die worden gebruikt in het Spanning Tree Protocol

Hieronder volgen enkele belangrijke termen die in STP worden gebruikt:

Brug

Een bridge is een belangrijk onderdeel van STP dat twee of meer LAN-segmenten met elkaar verbindt.

Wortelbrug (RB)

De root bridge biedt een verbindingspunt voor alle segmenten, en elke bridge in een LAN heeft een pad ernaartoe. STP selecteert de root bridge automatisch, maar een netwerkbeheerder kan deze indien nodig wijzigen.

Niet-rootbrug (NRB)

Een niet-rootbrug is elke brug die niet de rootbrug is.

Rootpoort (RP)

De rootpoort is de poort die naar de rootbridge leidt.

Aangewezen haven (DP)

Elk LAN-segment heeft één toegewezen poort. Elke bridge ontvangt frames op zijn toegewezen poort en stuurt ze via zijn rootpoort door naar de rootbridge.

Poort-ID

De poort-ID helpt bij het bepalen van de rootpoort. Deze bestaat uit een configureerbare prioriteitswaarde van 1 byte en een uniek poortnummer voor elke bridge.

Padkosten (PC)

De padkosten helpen bij het bepalen van de beste topologie qua doorstuursnelheid; een verbinding met een lagere bandbreedte brengt hogere kosten met zich mee. STP gebruikt de padkosten om de kortste route naar de root bridge te kiezen.

Niet-aangewezen haven

Een niet-aangewezen poort is een switchpoort die geblokkeerd is, ook wel een geblokkeerde of alternatieve poort genoemd. Deze poort kan geen frames doorsturen naar de volgende switch en vult de MAC-adrestabel niet aan.

RSTP

Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) is een netwerkprotocol dat een lusvrije topologie voor Ethernet-netwerken garandeert en veel sneller convergeert dan het oorspronkelijke STP.

Brugprotocolgegevenseenheden (BPDU)

Het Spanning Tree Protocol vereist dat netwerkapparaten berichten uitwisselen om een ​​lusvrije logische topologie te vormen. Deze berichten worden BPDU's (Bridge Protocol Data Units) genoemd. Elk netwerkapparaat verzendt BPDU's om topologie-informatie te delen.

BPDU's helpen switches bij het volgende:

• Selecteer één switch die als wortel van de opspannende boom fungeert.
• Bereken het kortste pad van elke switch naar de root-switch, waarbij voor elk LAN-segment één switch als dichtst bij de root-switch wordt aangewezen.
• Selecteer op elke switch één poort als rootpoort (als deze niet de rootswitch is).
• Identificeer de poorten die deel uitmaken van de opspannende boom als aangewezen poorten.
• Blokkeer de niet-aangewezen poorten.

Configuratie BPDU

Een configuratie-BPDU bevat de bridge-ID van het root-apparaat en de bridge-ID van het apparaat. transmittingbrug, en een identificatiecode van de transmittingpoort.

Melding van topologiewijzigingen (TCN) BPDU

Een switch stuurt een TCN BPDU naar de root bridge wanneer deze een wijziging in de netwerktopologie detecteert, zoals een verbinding die actief of inactief wordt. De root bridge instrueert vervolgens elke switch om de verouderingstijd van de MAC-adrestabel te verkorten, zodat verouderde gegevens snel worden verwijderd.

Verschillen tussen STP en RSTP

De onderstaande tabel geeft de belangrijkste verschillen tussen STP en RSTP weer:

STP	RSTP
Bij STP verstuurt een bridge alleen een BPDU wanneer deze er een ontvangt op zijn rootpoort van de rootbridge.	RSTP maakt het voor elke switch mogelijk om bij elk hello-interval een BPDU te verzenden.
STP definieert twee poortrollen: rootpoort en aangewezen poort.	RSTP voegt twee extra rollen toe: de alternatieve poort en de back-uppoort.

STP-havenstaten referentietabel

De volgende tabel geeft een overzicht van de status van elke STP-poort, of deze BPDU's verwerkt en of deze MAC-adressen leert:

Land	Beschrijving	BPDU's verwerken	Leer MAC
In het	Initialisatie van een poort.	Nee	Nee
invalide	Een administratieve staat die niet deelneemt aan de standaard STP-procedures.	Nee	Nee
Het blokkeren van	De poort stuurt geen Ethernet-frames door.	Ja (ontvangt en verwerkt alleen BPDU's)	Nee
Het luisteren	In deze toestand wordt de lusvrije topologie berekend en wordt de poort zijn rol toegewezen.	Ja (verstuurt en ontvangt BPDU's)	Nee
Learning	Een extra status die het doorsturen van frames vertraagt ​​om overbelasting van het netwerk te voorkomen.	Ja	Ja (vult de MAC-adrestabel in)
Expeditie	Normale werking, doorsturen van Ethernet-frames.	Ja	Ja

Veelgestelde vragen