STP – objaśnienie protokołu drzewa opinającego

Dlaczego potrzebujemy STP?

Oto sytuacja, w której ważny jest protokół drzewa opinającego:

• Niezawodność (odporność na błędy) sieci wzrasta wykładniczo poprzez wprowadzenie redundancji.
• Przełącza ruch powodziowy ze wszystkich portów, gdy ruch musi zostać wysłany do miejsca docelowego, które nie jest jeszcze znane.
• Ruch rozgłoszeniowy i multiemisji jest przekazywany do każdego portu, z wyjątkiem portu, do którego przybył ruch.
• Protokół Spanning-Tree służy do tworzenia topologii logicznej pozbawionej pętli z topologii fizycznej zawierającej pętle.

Jak działa STP? Przykład

Drzewa opinające wykorzystują algorytm do wyszukiwania nadmiarowych łączy w pliku LAN i wybierz najlepsze ścieżki. Służy głównie do umieszczania wszystkich linków w trybie przekazywania lub blokowania.

Po tym procesie wszystkie łącza bez łącza nadmiarowego prawdopodobnie będą w stanie przekazywania. Zbędne łącza, które nie były tak dobre jak wybrane, byłyby blokowane. Spanning Tree nigdy nie używa wielu łączy do tego samego miejsca docelowego. W drzewie opinającym nie ma funkcji podziału obciążenia.

Rodzaje STP

Oto różne typy protokołów drzewa opinającego:

Standardowa	Opis	Skrót
IEEE 802D.	Zapobieganie pętlom Automatyczna rekonfiguracja drzewa w przypadku jakichkolwiek zmian Powolna konwergencja (do 50 pb)	STP
IEEE 802. 1w	Protokół Rapid Spanning Tree Ulepszony STP z szybszą konwergencją Wstecznie kompatybilny z STP	RSTP
IEEE 802. 1 kw	Wirtualna sieć LAN Zdefiniowanie 1 wspólnego drzewa opinającego dla wszystkich sieci VLAN	CST
Cisco Własność	Na drzewo opinające sieci VLAN 1 instancja STP na każdą sieć VLAN PVST + to ulepszony wariant PVST	PVRST+ lub R-PVST+
Cisco Własność	Na drzewo szybkiego rozpinania sieci VLAN	PVRST+ lub R-PVST+
IEEE 802.1s	Protokół wielokrotnego drzewa opinającego Wiele instancji sieci VLAN zmapowanych na 1 STP.	MSTP lub Ml STP

Kryteria drzewa opinającego

Trzy kryteria pętli drzewa opinającego pomagające zdecydować, czy interfejs znajduje się w stanie przekazywania, to:

• Wszystkie interfejsy na moście głównym powinny być ustawione w stan przekazywania.
• W przypadku innych mostów, które nie są mostem głównym, port znajdujący się najbliżej mostu głównego jest ustawiany w stan przekazywania.
• Most o najniższej odległości administratora od mostu głównego nazywany jest mostem wyznaczonym.

Etap protokołu STP

Cztery etapy stanów portów drzewa opinającego to:

Stan blokowania

Stan bloku to niewyznaczony port, który nigdy nie uczestniczy w przekazywaniu ramek. Jego limit czasowy wynosi 20 sekund lub jest nieograniczony. Interfejs zawsze przechodzi w stan blokowania po włączeniu protokołu STP.

Stan słuchania

Stan słuchania jest stanem pierwszym. Jest to interfejs, na który wchodzi się po stanie blokowania. Interfejs pomaga określić interfejs, który powinien uczestniczyć w przekazywaniu ramek.

Stan nasłuchiwania wykonuje następujące funkcje:

• Odrzuca ramki odebrane na porcie
• Nie uczy się adresów
• Odbiera jednostki BPDU

Stan uczenia się

Stan uczenia się pomaga przygotować się do udziału w przekazywaniu ramek. Interfejs umożliwia nam wejście w stan uczenia się z poziomu płyty odsłuchowej.

Stan uczenia się wykonuje następujące funkcje:

• Odrzuca ramki odebrane na porcie
• Odbiera jednostki BPDU
• Uczy się adresów

Stan spedycji

Interfejs w stanie przekazywania tworzy ramki przekazywania. Ten interfejs wchodzi w stan przekazywania ze stanu uczenia się, który wykonuje następujące funkcje:

• Odbiera i przekazuje ramki odebrane na porcie
• Uczy się adresów
• Odbiera jednostki BPDU

Stan niepełnosprawny

Stan ten nie uczestniczy w pętli Spanning Tree, ponieważ port jest administracyjnie wyłączony, a jego czas również jest nieograniczony.

Wyłączony interfejs wykonuje następujące funkcje:

• Odrzuca ramki odebrane na porcie
• Nie uczy się adresów
• Nie odbiera jednostek BPDU

Ważne terminy używane w protokole drzewa opinającego

Oto kilka ważnych używanych terminów

Most

Most jest ważnym elementem protokołu VTP, który łączy dwa lub więcej segmentów sieci LAN.

Most główny (RB)

Jest to most stanowiący punkt połączenia wszystkich segmentów. Wszystkie mosty w sieci LAN mają ścieżkę do katalogu głównego. STP umożliwia automatyczny wybór mostu głównego. Jeśli jednak administrator sieci STP chce, może zmienić RB w zależności od sieci.

Most inny niż root (NRB)

Most główny południowy to dowolny most, który nie jest mostem głównym.

Port główny (RP)

Port główny to port prowadzący do mostu głównego.

Wyznaczony port (DP):

Każdy segment sieci LAN ma 1 wyznaczony port. Każdy most również odbiera ramki od DP i przekazuje je poprzez swój RP w stronę mostu głównego.

Identyfikator portu:

Identyfikator portu pomaga wybrać port główny. Składa się z konfigurowalnej 1-bajtowej wartości priorytetu i unikalnego numeru portu każdego mostu.

Koszt ścieżki (PC):

Path Cost, zwany także PC, pomaga wybrać najlepszą topologię pod względem szybkości przesyłania. STP wykorzystuje koncepcję kosztu ścieżki.

Wyznaczone porty

Wyznaczony port jest portem wyłączonym i jest blokowany przez administratora sieci. Ten port nie może wysłać pakietu do innego przełącznika. Nie jest to również zapełniony adres MAC w tabeli MAC.

Niewyznaczone porty

Niewyznaczony port to port przełącznika, który jest zablokowany. Nazywa się go również portem zablokowanym lub czasami portem alternatywnym. Nie może przekazywać pakietów do następnego przełącznika. Nie zapełnia również Adres MAC w tabeli MAC.

RSTP:

Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) to protokół sieciowy zapewniający topologię pozbawioną pętli w sieciach Ethernet.

Jednostki danych protokołu mostu (BPDU)

Protokół Spanning Tree wymaga urządzenia sieciowego STP do wymiany komunikatów w celu wsparcia topologii logicznej pozbawionej pętli. Komunikaty te nazywane są BPDUS (ang. Bridge Protocol Data Units). Każde urządzenie sieciowe wysyła jednostki BPDU, co pomaga w wymianie informacji o topologii.

Protokół BPDUS pomaga przełącznikom wykonywać następujące czynności:

• Wybierz pojedynczy przełącznik, który będzie pełnił funkcję korzenia drzewa opinającego
• BPDUS pomaga także obliczyć najkrótszą ścieżkę od siebie do przełącznika głównego, który jest wyznaczany jako jeden z przełączników najbliższy rootowi w każdym segmencie sieci LAN.
• Wybierz jeden z jego portów jako port główny (jeśli nie jest to przełącznik)
• Wybierz port będący częścią algorytmu drzewa opinającego, zwany portami wyznaczonymi.
• Blokuje niewyznaczone porty.

Konfiguracja BPDU

Jest to unikalny identyfikator mostu urządzenia głównego w topologii sieci. Działa jako identyfikator mostu nadawczego, identyfikator portu nadawczego.

Powiadomienie o zmianie topologii (TCN) BPDU

Jako most główny wybrano jedno urządzenie sieciowe. Dla każdego urządzenia sieciowego należy obliczyć najkrótszą odległość do mostu głównego na podstawie kosztu ścieżki.

Wybrano wyznaczony most dla każdego segmentu sieci LAN. Jest to również urządzenie sieciowe znajdujące się najbliżej mostu głównego, dlatego należy je przekierować do katalogu głównego. Jest to port zapewniający najlepszą ścieżkę od mostu do dowolnego mostu głównego.

Różnice pomiędzy STP i RSTP

STP	RSTP
W STP most wysyła BPDU tylko wtedy, gdy jest przeglądany na ich RP (protokole głównym) z RB (mostu głównego).	RSTP umożliwia przełącznikowi wysyłanie BPDU przy każdym powitaniu.
STP obejmuje dwa typy portów: port główny i port wyznaczony	Metoda RSTP obejmuje port dodatkowy, port alternatywny i porty zapasowe.

Podsumowanie

Protokół STP definiuje się jako protokół zarządzania łączami przeznaczony do obsługi łączy redundantnych, który zatrzymuje pętle przełączania w sieci STP.

Miasto	Opis	Przetwarzaj jednostki BPDU	Naucz się MACa
Inti	Inicjalizacja portu.	NIE	NIE
Niepełnosprawni	Państwo administracyjne, które nie uczestniczy w standardowych operacjach STP.	NIE	Nie
Blokowanie	Port nie przekazuje ramek Ethernet.	Tak (odbieraj i przetwarzaj tylko BPDUS)	Nie
Słuchanie	Obliczenia topologii bez pętli są przeprowadzane w tym stanie STP. Port ma przypisaną swoją rolę.	Tak (wysyłaj i odbieraj BPDUS)	NIE
Learning	Jest to dodatkowy stan opóźniający przekazywanie ramek Ethernet, co pozwala uniknąć zalania sieci.	Tak	Tak (popularna tabela adresów MAC)
Przekierowanie	Normalne działanie przekazywania ramek Ethernet.	Tak	Tak