STP – Spanning Tree Protocol Explained

Varför behöver vi STP?

Här är några situationer när Spanning Tree Protocol är viktigt:

• Nätverkets tillförlitlighet (feltolerans) ökar exponentiellt genom införandet av redundans.
• Växlar översvämningstrafik ut alla hamnar, när trafiken behöver skickas till en destination som ännu inte är känd.
• Broadcast- och multicasttrafik vidarebefordras till varje port, förutom den hamn som trafiken kom till.
• Spanning-Tree Protocol används för att skapa en loopfri logisk topologi från en fysisk topologi som har loopar.

Hur fungerar STP? Exempel

Spännande träd använder en algoritm för att söka efter de redundanta länkarna i LAN och välj de bästa vägarna. Det används främst för att lägga alla länkar i antingen vidarebefordran eller blockering.

Efter denna process är sannolikt alla länkar utan en redundant länk i vidarebefordrande tillstånd. De redundanta länkarna som inte var lika bra som de valda länkarna skulle blockera. Spanning Tree använder aldrig flera länkar till samma destination. Det finns ingen lastdelningsfunktion med Spanning Tree.

Typer av STP

Här är olika typer av Spanning Tree Protocols:

Standard	Description	Förkortning
IEEE 802. 1D.	Loop Prevention Auto-reconfig av träd vid eventuella ändringar Långsam konvergens (upp till 50 bps)	STP
IEEE 802. 1w	Rapid Spanning Tree Protocol Förbättrad STP med snabbare konvergens Bakåtkompatibel med STP	RSTP
IEEE 802. 1Q	Virtuellt LAN Definierar ett gemensamt spannträd för alla VLAN	CST
Cisco Patentskyddad	Per VLAN Spanning Tree 1STP-instans per VLAN PVST + är en förbättrad variant av PVST	PVRST+ ellerR-PVST+
Cisco Patentskyddad	Per VLAN Rapid Spanning Tree	PVRST+ ellerR-PVST+
IEEE 802.1s	Flera Spanning Tree-protokoll Flera instanser av VLAN mappade till 1 STP.	MSTP eller Ml STP

Kriterier för spannande träd

De tre kriterierna för Spanning Tree loop hjälper till att avgöra att gränssnittet är i vidarebefordrande tillstånd är:

• Alla gränssnitt på rotbryggan bör sättas i ett vidarebefordranstillstånd.
• För andra broar som inte är rotbryggan sätts porten som ligger närmast rotbryggan i framskjutande tillstånd.
• Bron med det lägsta administratörsavståndet till rotbryggan kallas den utsedda bron.

Stadium av STP-protokollet

Fyra stadier av Spanning-Tree Port-stater är:

Blockerande tillstånd

Blocktillståndet är en icke-designad port, och den deltar aldrig i frame forwarding. Tidsgränsen är 20 sekunder eller obegränsad. Ett gränssnitt går alltid in i blockeringsläge när du aktiverar STP.

Lyssnande tillstånd

Lyssningstillståndet är det första tillståndet. Det är ett gränssnitt som läggs in efter blockeringstillståndet. Gränssnittet hjälper dig att avgöra att gränssnittet som ska delta i frame forwarding.

Lyssningsläget utför följande funktioner:

• Kastar ramar som tagits emot på porten
• Lär sig inte adresser
• Tar emot BPDU

Lärande tillstånd

Lärande tillstånd hjälper till att förbereda sig för att delta i frame forwarding. Gränssnittet låter oss gå in i inlärningstillståndet från lyssnarskivan.

Lärande tillstånd utför följande funktioner:

• Kastar ramar som tagits emot på porten
• Tar emot BPDU
• Lär sig adresser

Vidarebefordran stat

Ett gränssnitt i vidarebefordranstillståndet bildar framåtramarna. Detta gränssnitt går in i vidarebefordranstillståndet från inlärningsläget som utför följande funktioner:

• Tar emot och vidarebefordrar ramar som tas emot på porten
• Lär sig adresser
• Tar emot BPDU

Tillstånd med funktionshinder

Det här tillståndet deltar inte i Spanning Tree-slingan eftersom porten är administrativt inaktiverad och dess timing är också obegränsad.

Ett inaktiverat gränssnitt utför följande funktioner:

• Kastar ramar som tagits emot på porten
• Lär sig inte adresser
• Tar inte emot BPDUs

Viktiga termer som används i Spanning Tree Protocol

Här är några viktiga termer som används

bro

Bridge är en viktig komponent i VTP, som kopplar samman två eller flera LAN-segment.

Root Bridge (RB)

Det är bron som erbjuder en sammankopplingspunkt för alla segment. Alla bryggor i ett LAN har en väg till roten. STP låter dig välja rotbryggan automatiskt. Men om STP-nätverksadministratören vill kan han eller hon ändra RB enligt nätverket.

Non-Root Bridge (NRB)

En middagsrotbro är vilken bro som helst som inte är rotbron.

Rotport (RP)

Rotporten är en port som leder mot Rotbron.

Designerad hamn (DP):

Varje LAN-segment har 1 designad port. Varje bro tar också emot ramarna från DP och skickar dem vidare genom sin RP mot Rotbron.

Port ID:

Port-ID:t hjälper dig att bestämma rotporten. Den består av ett konfigurerbart 1-byte prioritetsvärde och ett unikt portnummer för varje brygga.

Sökvägskostnad (PC):

Path Cost, som även kallas PC, hjälper till att bestämma den bästa topologin med avseende på vidarebefordranhastighet. STP använder konceptet Path Cost.

Utsedda hamnar

En angiven port är en inaktiverad port och den blockeras av en nätverksadministratör. Den här porten kan inte skicka ett paket till en annan switch. Det är inte heller en ifylld MAC-adress i MAC-tabellen.

Ej utsedda hamnar

En icke-designad port är en switchport som är blockerad. Det är också känt som en blockerad port, eller ibland en alternativ port. Den kan inte vidarebefordra paket till nästa switch. Det befolkar inte heller MAC-adress i MAC-tabellen.

RSTP:

Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) är ett nätverksprotokoll som säkerställer en loopfri topologi för Ethernet-nätverk.

Bridge Protocol Data Units (BPDU)

Spanning Tree Protocol kräver en STP-nätverksenhet för att utbyta meddelanden för att hjälpa från en slingafri logiktopologi. Dessa meddelanden kallas BPDUS (Bridge Protocol Data Units). Varje nätverksenhet skickar BPDU:er, vilket hjälper till att utbyta topologiinformation.

BPDUS hjälper switchar att göra följande:

• Välj en enstaka brytare som kommer att fungera som roten till det spännande trädet
• BPDUS hjälper också till att beräkna den kortaste vägen från sig själv till rotswitchen, som betecknas som en av switcharna som närmast roten för varje LAN-segment.
• Välj en av dess portar som en rotport (om det är en no switch)
• Plocka upp porten som är en del av spannträdsalgoritmen som kallas designerade portar.
• Blockerar de icke-designade portarna.

Konfiguration BPDU

Det är ett unikt brygg-ID för rotenheten i nätverkstopologin. Den fungerar som ett brygg-ID för den sändande bryggan, en identifierare för den sändande porten.

Topologiändringsmeddelande (TCN) BPDU

En nätverksenhet väljs som rotbrygga. Det kortaste avståndet till rotbryggan bör beräknas för varje nätverksenhet baserat på vägkostnaden.

En utsedd brygga för varje LAN-segment väljs. Detta är också den nätverksenhet som är närmast rotbryggan, så den bör vidarebefordras till roten. Detta är den hamn som ger den bästa vägen från bron till vilken rotbro som helst.

Skillnader mellan STP och RSTP

STP	RSTP
I STP skickar bryggan bara ut en BPDU när den granskas på deras RP (rotprotokoll) från RB (rotbryggan).	RSTP gör det möjligt för switchen att skicka ut BPDU vid varje hej tid.
STP innehåller två porttyper: Root Port och Designated Port	RSTP-metoden inkluderar ytterligare portar, alternativa portar och backupportar.

Sammanfattning

STP-protokoll definieras som ett länkhanteringsprotokoll som är utformat för att stödja redundanta länkar som slutar växla slingor i STP-nätverket.

Ange	Description	Process BPDUs	Lär dig MAC
Inti	Initiering av en hamn.	NEJ	NEJ
Disabled	Administrativ stat som inte deltar i STP-standardverksamhet.	NEJ	Nej
Blockering	Porten vidarebefordrar inte Ethernet-ramar.	Ja (ta emot och bearbeta endast BPDUS)	Nej
Lyssna	Beräkning av loopfri topologi utförs i detta STP-tillstånd. Hamnen tilldelas sin roll.	Ja (Skicka och tog emot BPDUS)	NEJ
Lärande	Det är ett extra tillstånd för att fördröja Ethernet-ramars vidarebefordran, vilket hjälper dig att undvika att översvämma nätverket.	Ja	Ja (populär MAC-adresstabell)
Vidarebefordran	Normal drift av vidarebefordran av Ethernet-ramar.	Ja	Ja