STP

Что такое STP(Spanning Tree Protocol)?

Проще говоря, протокол STP был создан для решения проблемы петель в сети. Его полное название — Spanning Tree Protocol, и он работает на 2-м сетевом уровне модели OSI. Стандарт протокола — IEEE802.1D. STP оптимизирует кольцевую структуру сети, преобразуя ее в древовидную структуру путем перевода некоторых каналов в состояние блокировки.

Зачем нужен STP?

Для повышения надежности структуры между устройствами часто создаются несколько физических соединений. Такая избыточная конфигурация неизбежно приводит к образованию петель. В сети L2 петли вызывают широковещательные штормы, что приводит к исчерпанию пропускной способности сети и вычислительных ресурсов и в конечном итоге к отказу сети. Протокол STP решает проблему непрерывной пересылки сообщений в кольцевой сети.

Основные понятия STP

STP преобразует кольцевую структуру в древовидную сетевую структуру. Необходимо понимать четыре термина: корневой мост, корневой порт, назначенный порт и стоимость пути.

В сети STP существует только один корневой мост. Как правило, в качестве корневого моста выбирается устройство с высокой производительностью и высоким уровнем сетевого уровня. Корневой мост является уникальным, но не неизменным: он будет меняться в зависимости от изменений топологии сети.

Корневой порт — это порт с наименьшей стоимостью пути к корневому мосту среди всех портов STP на устройстве; он отвечает за пересылку данных к корневому мосту. На устройстве, работающем по протоколу STP, может быть только один корневой порт.

Следует отметить, что устройство корневого моста не имеет корневого порта. Назначенные порты имеют разные определения на разных уровнях. Для устройства назначенным портом является непосредственно подключенный к нему порт на устройстве, которое напрямую с ним соединено и отвечает за отправку сообщений конфигурации. Для сети назначенным портом является непосредственно подключенный порт на устройстве, которое пересылает сообщения конфигурации в этот сегмент сети.

Стоимость пути обозначает значение стоимости порта, а стоимость корневого пути обозначает накопленную стоимость пути в процессе достижения корневого моста.

Как работает STP?

При инициализации сети все устройства считают себя корневым мостом. Путём обмена сообщениями BPDU устройство с наивысшим приоритетом выбирается в качестве корневого моста. Если приоритеты совпадают, сравниваются MAC-адреса. Каждое устройство-мост, не являющееся корневым, определяет порт с наименьшими накладными расходами для получения сообщений конфигурации в качестве корневого порта. Если накладные расходы одинаковы, сравнивается BID.

Устройство назначит один из портов на обоих концах каждого физического пути назначенным портом на основе сообщения о конфигурации порта и стоимости пути корневого порта. В этот момент остальные порты без идентификаторов будут заблокированы. Этот шаг необходим для предотвращения образования петель.

После успешного выбора корневого моста, корневого порта и назначенного порта устанавливается вся древовидная топология. После стабилизации топологии только корневой и назначенный порты пересылают трафик, а остальные некорневые и неназначенные порты переходят в состояние блокировки. Они только принимают пакеты протокола STP, но не пересылают пользовательский трафик.

Применение STP

Как показано на рисунке ниже, кольцевая сеть уровня 2 настроена с использованием STP для предотвращения бесконечной циркуляции сообщений в сети, при этом порт на устройстве 1 заблокирован.