STP – пояснення протоколу Spanning Tree

Навіщо нам STP?

Ось деякі ситуації, коли протокол Spanning Tree важливий:

• Надійність (відмовостійкість) мережі зростає експоненціально завдяки введенню резервування.
• Комутатори перемикають трафік з усіх портів, коли трафік потрібно надіслати до пункту призначення, який ще невідомий.
• Широкомовний і багатоадресний трафік пересилається на кожен порт, окрім порту, через який надійшов трафік.
• Протокол Spanning-Tree використовується для створення логічної топології без петель із фізичної топології, яка має петлі.

Як працює STP? приклад

Spanning Trees використовують алгоритм для пошуку зайвих зв’язків у ЛВС і вибрати найкращі шляхи. В основному він використовується для переадресації чи блокування всіх посилань.

Після цього процесу всі посилання без надлишкового посилання, ймовірно, будуть у стані переадресації. Надлишкові посилання, які не були такими хорошими, як вибрані, блокували б. Spanning Tree ніколи не використовує кілька посилань на одне призначення. У Spanning Tree немає функції розподілу навантаження.

Види НТП

Ось різні типи протоколів Spanning Tree:

стандарт	Опис	Скорочення
IEEE 802. 1D.	Запобігання петлі Автопереналаштування дерева в разі будь-яких змін Повільна конвергенція (до 50 біт/с)	STP
IEEE 802. 1 Вт	Швидкий протокол охоплюючого дерева Покращений STP із швидшою конвергенцією Зворотна сумісність із STP	RSTP
IEEE 802. 1Q	Віртуальна локальна мережа Визначення 1 спільного охоплюючого дерева для всіх VLAN	КНТ
Cisco Пропріетарний	Для охоплюючого дерева VLAN 1 примірник STP на VLAN PVST + є вдосконаленим варіантом PVST	PVRST+ абоR-PVST+
Cisco Пропріетарний	Для VLAN Rapid Spanning Tree	PVRST+ абоR-PVST+
IEEE 802.1s	Протокол множинного охоплюючого дерева Кілька екземплярів VLAN зіставлено з 1 STP.	MSTP або Ml STP

Критерії Spanning Tree

Три критерії для циклу Spanning Tree допомагають вирішити, чи інтерфейс перебуває в стані пересилання:

• Усі інтерфейси на кореневому мосту слід перевести в стан пересилання.
• Для інших мостів, які не є кореневими, порт, найближчий до кореневого мосту, переводиться в стан пересилання.
• Міст із найменшою відстанню адміністратора до кореневого мосту називається призначеним мостом.

Етап протоколу STP

Чотири етапи станів Spanning-Tree Port:

Стан блокування

Стан блоку – це не призначений порт, і він ніколи не бере участі в пересиланні кадрів. Його ліміт часу становить 20 секунд або необмежений. Інтерфейс завжди переходить у стан блокування, коли ви вмикаєте STP.

Стан прослуховування

Стан прослуховування є першим станом. Це інтерфейс, який вводиться після стану блокування. Інтерфейс допоможе визначитися що інтерфейс, який повинен брати участь у пересиланні кадрів.

Стан прослуховування виконує такі функції:

• Відкидає кадри, отримані на порт
• Не вивчає адреси
• Отримує BPDU

Держава навчання

Стан навчання допомагає підготуватися до участі в пересиланні кадрів. Інтерфейс дозволяє нам увійти в стан навчання з панелі прослуховування.

Стан навчання виконує такі функції:

• Відкидає кадри, отримані на порт
• Отримує BPDU
• Вивчає адреси

Держава пересилання

Інтерфейс у стані пересилання формує кадри пересилання. Цей інтерфейс переходить у стан пересилання зі стану навчання, який виконує такі функції:

• Отримує та пересилає кадри, отримані на порту
• Вивчає адреси
• Отримує BPDU

Стан інвалідів

Цей стан не бере участі в циклі Spanning Tree, оскільки порт адміністративно вимкнено, а його час також необмежений.

Вимкнений інтерфейс виконує такі функції:

• Відкидає кадри, отримані на порт
• Не вивчає адреси
• Не отримує BPDU

Важливі терміни, що використовуються в протоколі Spanning Tree

Ось кілька важливих використаних термінів

Міст

Міст є важливим компонентом VTP, який з'єднує два або більше сегментів локальної мережі.

Корінний міст (РБ)

Це міст, який пропонує точку з’єднання для всіх сегментів. Усі мости в локальній мережі мають шлях до кореня. STP дозволяє автоматично вибрати кореневий міст. Однак, якщо адміністратор мережі STP хоче, він або вона може змінити RB відповідно до мережі.

Некореневий міст (NRB)

Полуденний кореневий міст — це будь-який міст, який не є кореневим мостом.

Кореневий порт (RP)

Кореневий порт – це порт, який веде до кореневого мосту.

Визначений порт (DP):

Кожен сегмент локальної мережі має 1 призначений порт. Кожен міст також отримує кадри від DP і пересилає їх через свій RP до кореневого мосту.

ID порту:

Ідентифікатор порту допоможе вам визначити кореневий порт. Він складається з конфігурованого 1-байтового значення пріоритету та унікального номера порту кожного мосту.

Вартість шляху (PC):

Вартість шляху, також відома як ПК, допомагає визначити найкращу топологію щодо швидкості пересилання. STP використовує концепцію Path Cost.

Визначені порти

Призначений порт є вимкненим портом, і його блокує адміністратор мережі. Цей порт не може надсилати пакет на інший комутатор. Це також не заповнена MAC-адреса в таблиці MAC.

Непризначені порти

Непризначений порт – це порт комутатора, який заблоковано. Він також відомий як заблокований порт або іноді альтернативний порт. Він не може пересилати пакети на наступний комутатор. Він також не заповнює MAC-адреса у таблиці MAC.

RSTP:

Протокол RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) — це мережевий протокол, який забезпечує топологію без петель для мереж Ethernet.

Блоки даних протоколу мосту (BPDU)

Для протоколу Spanning Tree Protocol потрібен мережевий пристрій STP для обміну повідомленнями з логічною топологією без петель. Ці повідомлення називаються BPDUS (блоки даних протоколу мосту). Кожен мережевий пристрій надсилає BPDU, що допомагає обмінюватися інформацією про топологію.

BPDUS допомагає комутаторам виконувати такі дії:

• Виберіть єдиний перемикач, який діятиме як корінь охоплюючого дерева
• BPDUS також допомагає обчислити найкоротший шлях від себе до кореневого комутатора, який позначається як один із комутаторів як найближчий до кореневого для кожного сегмента локальної мережі.
• Виберіть один із його портів як кореневий порт (якщо це не комутатор)
• Підберіть порт, який є частиною алгоритму охоплюючого дерева, який називається призначеними портами.
• Блокує непризначені порти.

Конфігурація BPDU

Це унікальний ідентифікатор моста кореневого пристрою в топології мережі. Він діє як ідентифікатор мосту передавального мосту, ідентифікатор порту передачі.

Повідомлення про зміну топології (TCN) BPDU

Один мережевий пристрій вибрано як кореневий міст. Найкоротша відстань до кореневого мосту повинна бути розрахована для кожного мережевого пристрою на основі вартості шляху.

Вибирається призначений міст для кожного сегмента локальної мережі. Це також мережевий пристрій, найближчий до кореневого мосту, тому його слід перенаправити до кореневого. Це порт, який забезпечує найкращий шлях від мосту до будь-якого кореневого мосту.

Відмінності між STP і RSTP

STP	RSTP
У STP міст надсилає BPDU лише під час перегляду на своєму RP (кореневому протоколі) від RB (кореневого мосту).	RSTP дозволяє комутатору надсилати BPDU під час кожного привітання.
STP включає два типи портів: кореневий порт і призначений порт	Метод RSTP включає додатковий порт, альтернативний порт і резервні порти.

Підсумки

Протокол STP визначається як протокол керування з’єднанням, розроблений для підтримки надлишкових з’єднань, який припиняє цикли комутації в мережі STP.

стан	Опис	Обробити BPDU	Вивчіть MAC
Інті	Ініціалізація порту.	НЕМАЄ	НЕМАЄ
інвалід	Адміністративна держава, яка не бере участі в стандартних операціях STP.	НЕМАЄ	Немає
Блокування	Порт не пересилає кадри Ethernet.	Так (отримання та обробка лише BPDUS)	Немає
Прослуховування	Обчислення топології без петель виконується в цьому стані STP. Порту призначається його роль.	Так (надсилання та отримання BPDUS)	НЕМАЄ
Вивчення	Це додатковий стан для затримки пересилання фреймів Ethernet, що допомагає уникнути переповнення мережі.	Так	Так (популярна таблиця MAC-адрес)
Пересилання	Нормальна робота пересилання кадрів Ethernet.	Так	Так