STP - อธิบายโปรโตคอล Spanning Tree

ทำไมเราต้องมี STP?

นี่คือบางสถานการณ์ที่ Spanning Tree Protocol มีความสำคัญ:

• ความน่าเชื่อถือ (ความทนทานต่อข้อผิดพลาด) ของเครือข่ายจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณโดยการแนะนำระบบสำรอง
• สลับการรับส่งข้อมูลน้ำท่วมออกจากพอร์ตทั้งหมด เมื่อจำเป็นต้องส่งการรับส่งข้อมูลไปยังปลายทางที่ยังไม่ทราบ
• การรับส่งข้อมูลแบบ Broadcast และ Multicast จะถูกส่งต่อไปยังทุกพอร์ต ยกเว้นพอร์ตที่การรับส่งข้อมูลมาถึง
• Spanning-Tree Protocol ใช้เพื่อสร้างโทโพโลยีโลจิคัลแบบไม่มีลูปจากโทโพโลยีทางกายภาพที่มีลูป

STP ทำงานอย่างไร? ตัวอย่าง

การขยายต้นไม้ใช้อัลกอริธึมเพื่อค้นหาลิงก์ที่ซ้ำซ้อนใน แลน และเลือกเส้นทางที่ดีที่สุด ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อใส่ลิงก์ทั้งหมดในการส่งต่อหรือการบล็อก

หลังจากกระบวนการนี้ ลิงก์ทั้งหมดที่ไม่มีลิงก์ซ้ำซ้อนมีแนวโน้มที่จะอยู่ในสถานะส่งต่อ ลิงก์ซ้ำซ้อนที่ไม่ดีเท่ากับลิงก์ที่เลือกจะถูกบล็อก Spanning Tree ไม่เคยใช้หลายลิงก์ไปยังปลายทางเดียวกัน ไม่มีคุณสมบัติการแบ่งโหลดกับ Spanning Tree

ประเภทของเอสทีพี

ต่อไปนี้เป็นโปรโตคอล Spanning Tree ประเภทต่างๆ:

Standard	Descriptไอออน	ตัวย่อ
อีอีอี 802D.	การป้องกันวง กำหนดค่าต้นไม้ใหม่อัตโนมัติในกรณีที่มีการเปลี่ยนแปลง การบรรจบกันช้า (สูงสุด 50 bps)	STP
อีอีอี 802w	โปรโตคอล Spanning Tree อย่างรวดเร็ว ปรับปรุง STP ด้วยการบรรจบกันที่เร็วขึ้น เข้ากันได้กับ STP ย้อนหลัง	อาร์.เอส.ที.พี
อีอีอี 802. 1คิว	LAN เสมือน การกำหนด 1 spanning tree ทั่วไปสำหรับ VLAN ทั้งหมด	CST
Cisco เป็นเจ้าของ	ต่อ VLAN Spanning Tree อินสแตนซ์ 1STP ต่อ VLAN PVST + เป็นตัวแปรที่ได้รับการปรับปรุงของ PVST	PVRST+ หรือ R-PVST+
Cisco เป็นเจ้าของ	ต่อ VLAN Rapid Spanning Tree	PVRST+ หรือ R-PVST+
อีอีอี 802.1s	โปรโตคอล Spanning Tree หลายรายการ VLAN หลายอินสแตนซ์แมปกับ 1 STP	MSTP หรือ Ml STP

เกณฑ์สำหรับ Spanning Tree

เกณฑ์สามประการสำหรับการวนซ้ำ Spanning Tree ช่วยในการตัดสินใจว่าอินเทอร์เฟซอยู่ในสถานะการส่งต่อคือ:

• อินเทอร์เฟซทั้งหมดบนรูทบริดจ์ควรอยู่ในสถานะส่งต่อ
• สำหรับบริดจ์อื่นๆ ที่ไม่ใช่รูทบริดจ์ พอร์ตที่อยู่ใกล้กับรูทบริดจ์มากที่สุดจะถูกใส่ไว้ในสถานะการส่งต่อ
• บริดจ์ที่มีระยะห่างผู้ดูแลระบบน้อยที่สุดไปยังรูทบริดจ์เรียกว่าบริดจ์ที่กำหนด

ขั้นตอนของโปรโตคอล STP

สถานะ Spanning-Tree Port สี่ขั้นตอน ได้แก่:

สถานะการปิดกั้น

สถานะบล็อกเป็นพอร์ตที่ไม่ได้กำหนดไว้ และไม่เคยมีส่วนร่วมในการส่งต่อเฟรม กำหนดเวลาคือ 20 วินาทีหรือไม่จำกัด อินเทอร์เฟซจะเข้าสู่สถานะการบล็อกเสมอเมื่อคุณเปิดใช้งาน STP

สถานะการฟัง

สถานะการฟังเป็นสถานะแรก เป็นอินเทอร์เฟซที่ป้อนหลังจากสถานะบล็อก อินเทอร์เฟซช่วยให้คุณตัดสินใจได้ ว่าอินเทอร์เฟซที่ควรมีส่วนร่วมในการส่งต่อเฟรม

สถานะการฟังจะดำเนินการฟังก์ชั่นต่อไปนี้:

• ละทิ้งเฟรมที่ได้รับบนพอร์ต
• ไม่เรียนรู้ที่อยู่
• รับ BPDU

รัฐการเรียนรู้

สถานะการเรียนรู้ช่วยเตรียมความพร้อมสำหรับการมีส่วนร่วมในการส่งต่อเฟรม อินเทอร์เฟซช่วยให้เราเข้าสู่สถานะการเรียนรู้จากกระดานชนวนการฟัง

สถานะการเรียนรู้ดำเนินการฟังก์ชั่นต่อไปนี้:

• ละทิ้งเฟรมที่ได้รับบนพอร์ต
• รับ BPDU
• เรียนรู้ที่อยู่

สถานะการส่งต่อ

อินเทอร์เฟซในสถานะการส่งต่อจะสร้างเฟรมการส่งต่อ อินเทอร์เฟซนี้จะเข้าสู่สถานะการส่งต่อจากสถานะการเรียนรู้ซึ่งทำหน้าที่ดังต่อไปนี้:

• รับและส่งต่อเฟรมที่ได้รับบนพอร์ต
• เรียนรู้ที่อยู่
• รับ BPDU

รัฐผู้พิการ

สถานะนี้ไม่เข้าร่วมในการวนซ้ำ Spanning Tree เนื่องจากพอร์ตถูกปิดใช้งานโดยผู้ดูแลระบบ และเวลาของพอร์ตนั้นก็ไม่จำกัดเช่นกัน

อินเทอร์เฟซที่ปิดใช้งานจะดำเนินการฟังก์ชันต่อไปนี้:

• ละทิ้งเฟรมที่ได้รับบนพอร์ต
• ไม่เรียนรู้ที่อยู่
• ไม่ได้รับ BPDU

คำศัพท์สำคัญที่ใช้ใน Spanning Tree Protocol

ต่อไปนี้เป็นคำศัพท์สำคัญบางส่วนที่ใช้

สะพาน

Bridge เป็นองค์ประกอบสำคัญของ VTP ซึ่งเชื่อมต่อส่วน LAN ตั้งแต่สองส่วนขึ้นไป

รูทบริดจ์ (RB)

เป็นสะพานที่มีจุดเชื่อมต่อทุกส่วน บริดจ์ทั้งหมดใน LAN มีเส้นทางไปยังรูท STP ช่วยให้คุณสามารถเลือกรูทบริดจ์ได้โดยอัตโนมัติ อย่างไรก็ตาม หากผู้ดูแลระบบเครือข่าย STP ต้องการ เขาหรือเธอสามารถเปลี่ยน RB ตามเครือข่ายได้

สะพานที่ไม่ใช่ราก (NRB)

สะพานเที่ยงรากคือสะพานใดๆ ก็ตามที่ไม่ใช่สะพานราก

พอร์ตรูท (RP)

พอร์ตรูทคือพอร์ตที่นำไปสู่รูทบริดจ์

พอร์ตที่กำหนด (DP):

ทุกส่วน LAN จะมีพอร์ตที่กำหนด 1 พอร์ต ทุกบริดจ์ยังได้รับเฟรมจาก DP และส่งต่อผ่าน RP ไปยังรูทบริดจ์

รหัสพอร์ต:

รหัสพอร์ตช่วยให้คุณตัดสินใจเลือกพอร์ตรูทได้ ประกอบด้วยค่าลำดับความสำคัญ 1 ไบต์ที่กำหนดค่าได้และหมายเลขพอร์ตเฉพาะของแต่ละบริดจ์

ต้นทุนเส้นทาง (พีซี):

Path Cost หรือที่รู้จักกันในชื่อ PC ช่วยในการตัดสินใจเลือกโทโพโลยีที่ดีที่สุดโดยคำนึงถึงความเร็วในการส่งต่อ STP ใช้แนวคิดเรื่องต้นทุนเส้นทาง

พอร์ตที่กำหนด

พอร์ตที่กำหนดเป็นพอร์ตที่ปิดใช้งาน และถูกบล็อกโดยผู้ดูแลระบบเครือข่าย พอร์ตนี้ไม่สามารถส่งแพ็กเก็ตไปยังสวิตช์อื่นได้ นอกจากนี้ยังไม่ใช่ที่อยู่ MAC ที่บรรจุอยู่ในตาราง MAC

พอร์ตที่ไม่ได้กำหนด

พอร์ตที่ไม่ได้กำหนดไว้คือพอร์ตสวิตช์ที่ถูกบล็อก เรียกอีกอย่างว่าพอร์ตที่ถูกบล็อก หรือบางครั้งอาจเป็นพอร์ตสำรอง ไม่สามารถส่งต่อแพ็กเก็ตไปยังสวิตช์ถัดไปได้ นอกจากนี้ยังไม่ได้เติมข้อมูล ที่อยู่ MAC ในตาราง MAC

RSTP:

Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) เป็นโปรโตคอลเครือข่ายที่รับประกันโทโพโลยีที่ไม่มีการวนซ้ำสำหรับเครือข่ายอีเทอร์เน็ต

หน่วยข้อมูลโปรโตคอลบริดจ์ (BPDU)

Spanning Tree Protocol ต้องใช้อุปกรณ์เครือข่าย STP เพื่อแลกเปลี่ยนข้อความเพื่อช่วยจากโทโพโลยีลอจิกแบบไม่มีลูป ข้อความเหล่านี้เรียกว่า BPDUS (Bridge Protocol Data Units) อุปกรณ์เครือข่ายแต่ละเครื่องจะส่ง BPDU ซึ่งช่วยในการแลกเปลี่ยนข้อมูลโทโพโลยี

BPDUS ช่วยให้สวิตช์สามารถทำสิ่งต่อไปนี้:

• เลือกสวิตช์ตัวเดียวซึ่งจะทำหน้าที่เป็นรากของแผนผังที่ขยาย
• BPDUS ยังช่วยในการคำนวณเส้นทางที่สั้นที่สุดจากตัวมันเองไปยังสวิตช์รูท ซึ่งถูกกำหนดให้สวิตช์ตัวใดตัวหนึ่งเป็นสวิตช์ที่ใกล้เคียงที่สุดกับรูทสำหรับแต่ละส่วนของ LAN
• เลือกพอร์ตใดพอร์ตหนึ่งเป็นพอร์ตรูท (หากไม่ใช่สวิตช์)
• รับพอร์ตที่เป็นส่วนหนึ่งของอัลกอริทึมการขยายต้นไม้ที่เรียกว่าพอร์ตที่กำหนด
• บล็อกพอร์ตที่ไม่ได้กำหนดไว้

การกำหนดค่า BPDU

เป็นรหัสบริดจ์เฉพาะของอุปกรณ์รูทในโทโพโลยีเครือข่าย โดยทำหน้าที่เป็น ID บริดจ์ของบริดจ์ส่งสัญญาณ ซึ่งเป็นตัวระบุพอร์ตส่งสัญญาณ

การแจ้งเตือนการเปลี่ยนแปลงโทโพโลยี (TCN) BPDU

อุปกรณ์เครือข่ายหนึ่งเครื่องถูกเลือกเป็นรูทบริดจ์ ควรคำนวณระยะทางที่สั้นที่สุดไปยังรูทบริดจ์สำหรับอุปกรณ์เครือข่ายแต่ละเครื่องตามต้นทุนเส้นทาง

มีการเลือกบริดจ์ที่กำหนดสำหรับทุกเซ็กเมนต์ LAN นี่เป็นอุปกรณ์เครือข่ายที่อยู่ใกล้กับรูทบริดจ์มากที่สุด ดังนั้นจึงควรส่งต่อไปยังรูท นี่คือพอร์ตที่ให้เส้นทางที่ดีที่สุดจากบริดจ์ไปยังรูทบริดจ์

ความแตกต่างระหว่าง STP และ RSTP

STP	อาร์.เอส.ที.พี
ใน STP บริดจ์จะส่ง BPDU ออกมาเมื่อมีการตรวจสอบ RP (โปรโตคอลรูท) จาก RB (รูทบริดจ์) เท่านั้น	RSTP เปิดใช้งานสวิตช์เพื่อส่ง BPDU ทุกครั้งสวัสดี
STP มีพอร์ตสองประเภท: พอร์ตรูทและพอร์ตที่กำหนด	วิธี RSTP ประกอบด้วยพอร์ตเพิ่มเติม พอร์ตสำรอง และพอร์ตสำรอง

สรุป

โปรโตคอล STP ถูกกำหนดให้เป็นโปรโตคอลการจัดการลิงก์ที่ออกแบบมาเพื่อรองรับลิงก์ซ้ำซ้อนที่หยุดการสลับลูปในเครือข่าย STP

สถานะ	Descriptไอออน	ประมวลผล BPDU	เรียนรู้แม็ค
คุณ	การเริ่มต้นพอร์ต	NO	NO
พิการ	รัฐบริหารซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการดำเนินงานมาตรฐาน STP	NO	ไม่
การปิดกั้น	พอร์ตไม่ส่งต่อเฟรมอีเทอร์เน็ต	ใช่ (รับและประมวลผลเฉพาะ BPDUS)	ไม่
การฟัง	การคำนวณโทโพโลยีแบบไม่มีลูปจะดำเนินการในสถานะ STP นี้ พอร์ตได้รับมอบหมายบทบาท	ใช่ (ส่งและรับ BPDUS)	NO
การเรียนรู้	เป็นสถานะเพิ่มเติมในการหน่วงเวลาการส่งต่อเฟรมของอีเธอร์เน็ต ซึ่งช่วยให้คุณหลีกเลี่ยงไม่ให้เครือข่ายท่วมท้น	ใช่	ใช่ (ตารางที่อยู่ MAC ยอดนิยม)
ส่งต่อ	การทำงานปกติของการส่งต่อเฟรม Ethernet	ใช่	ใช่