Что такое протокол связующего дерева (STP) и как он работает?

Что такое протокол связующего дерева

В сетевой инфраструктуре петля возникает, когда сетевые пакеты непрерывно циркулируют между двумя или более сетевыми устройствами, не достигая пункта назначения. Эта ситуация возникает из-за избыточных или нескольких путей между сетевыми устройствами, в результате чего пакеты перемещаются по циклу бесконечно.

Сетевые петли могут серьезно нарушить производительность сети, что приведет к замедлению работы сети или ее зависанию, увеличению перегрузки и даже к сбоям в сети. Предотвращение сетевых петель имеет решающее значение для поддержания стабильной и эффективной сети.

Сетевые петли могут возникать по разным причинам, вот несколько примеров.

• Избыточные соединения. Избыточные соединения между сетевыми устройствами, такими как коммутаторы или маршрутизаторы, могут вызывать сетевые петли, позволяя пакетам проходить по нескольким путям, что приводит к перегрузке и образованию петель.
• Неправильно настроенные сетевые устройства. Неправильно настроенные сетевые устройства могут вызвать сетевые петли. Например, если два порта коммутатора неправильно настроены для использования в одной VLAN, пакеты могут пересылаться между ними, создавая петлю.
• Проблемы с проектированием сети. Плохое проектирование сети может привести к образованию петель. Добавление резервных каналов в сеть, которая не спроектирована соответствующим образом для резервирования, может привести к образованию сетевых петель.
• Человеческая ошибка. Человеческая ошибка также может вызвать образование петель в сети из-за ошибок во время настройки или изменения сетевых устройств или кабелей.

Давайте рассмотрим, как предотвратить сетевые петли и решить связанные с ними проблемы в сети.

Протокол связующего дерева (STP)

Протокол связующего дерева (STP) — широко используемый и эффективный метод предотвращения петель в сети. Это помогает предотвратить образование петель, активно отслеживая топологию сети и выборочно блокируя избыточные каналы. Это гарантирует, что между любыми двумя сетевыми устройствами существует только один активный путь. Таким образом, STP помогает предотвратить широковещательные штормы и перегрузки сети, которые могут возникнуть из-за петель. Хотя существуют и другие методы предотвращения образования петель в сети, STP является надежным и надежным решением. Он поддерживается большинством сетевых устройств и широко применяется в корпоративных сетях.

Как работает СТП?

STP определяет, какие интерфейсы должны пересылать трафик, а все остальные интерфейсы переводятся в состояние блокировки. STP использует три критерия, чтобы определить, следует ли перевести интерфейс в состояние пересылки.

• Выбор корневого моста
• Выбор корневого порта
• Выбор назначенного порта и неназначенного порта

1. Выбор корневого моста.

В сети с несколькими коммутаторами один коммутатор выбирается корневым мостом, который становится центральной точкой сети. Корневой мост выбирается в процессе выборов на основе идентификаторов мостов коммутаторов в сети. Идентификатор моста — это уникальный идентификатор, присвоенный каждому коммутатору, который рассчитывается путем объединения значения приоритета и MAC-адреса коммутатора.

Когда STP впервые включается на коммутаторе, он предполагает, что это корневой мост, и начинает широковещательную рассылку сообщений BPDU (блок данных протокола моста) другим коммутаторам. Каждый коммутатор, получающий сообщение BPDU, сравнивает идентификатор моста отправляющего коммутатора со своим собственным идентификатором моста. Коммутатор с наименьшим идентификатором моста выбирается в качестве корневого моста, а все остальные коммутаторы соответствующим образом настраивают свои конфигурации STP.

Если два коммутатора имеют одинаковое значение приоритета, в качестве корневого моста выбирается коммутатор с меньшим MAC-адресом. В случае связи корневой мост выбирается на основе приоритета порта и идентификатора порта. После выбора корневого моста рассчитывается топология сети, и STP определяет лучший путь для пересылки данных по сети.

В следующем примере коммутатор 1 выбран в качестве корневого моста на основе значения его идентификатора моста. Несмотря на то, что все коммутаторы имеют одинаковое значение приоритета, коммутатор 1 имеет самый низкий MAC-адрес, когда MAC-идентификатор объединяется со значением приоритета; следовательно, он становится корневым мостом.

По умолчанию на коммутаторах включен протокол связующего дерева (STP). Используйте команду ниже, чтобы проверить корневой мост, корневой порт и данные назначенного порта.

показать связующее дерево

2. Выбор корневого порта.

Каждый некорневой мост определяет наиболее эффективный путь достижения корневого моста. Порт, обеспечивающий кратчайший путь, становится назначенным корневым портом для этого некорневого моста. Каждый некорневой мост имеет только один корневой порт, который обеспечивает самый быстрый путь к корневому мосту.

Корневой порт выбирается путем сравнения стоимости портов каждого некорневого коммутатора для достижения корневого моста. Порт с наименьшей стоимостью выбирается в качестве корневого порта. Стоимость порта определяется скоростью соединения между коммутатором и корневым мостом. STP использует показатель, называемый стоимостью пути, для расчета стоимости порта. Стоимость пути зависит от скорости соединения: чем выше скорость, тем ниже стоимость пути.

В процессе выбора корневого порта связь может возникнуть, если два или более портов некорневого моста имеют одинаковую стоимость доступа к корневому мосту. В таких случаях используются следующие механизмы разрыва связей.

1. Идентификатор моста коммутатора переадресации сравнивается, и коммутатор с наименьшим идентификатором моста становится корневым мостом. Соответствующий порт затем выбирается в качестве корневого порта. В этом примере коммутатор 3 может подключиться к корневому мосту либо через коммутатор 1, либо через коммутатор 4.Поскольку стоимость на обоих интерфейсах коммутатора 3 одинакова, MAC-идентификатор коммутатора переадресации используется в качестве устройства разрешения конфликтов. Поскольку коммутатор 4 имеет самый низкий MAC-идентификатор, порт Fa0/3 выбирается в качестве корневого порта на коммутаторе 3.
2. Если после сравнения идентификаторов моста по-прежнему сохраняется связь (что может произойти, если к одному и тому же коммутатору подключено несколько каналов), используется наименьшее значение приоритета соседнего порта. По умолчанию значение приоритета порта равно 128. Если связь все еще существует, коммутатор переадресации выбирает порт с наименьшим номером в качестве корневого порта. В этом примере коммутатор 3 имеет несколько каналов для доступа к корневому мосту, что приводит к совмещению идентификатора моста коммутатора пересылки.
   Чтобы разорвать эту связь, в качестве средства разрешения конфликта используется приоритет порта. Поскольку приоритет порта для этих портов одинаков, в качестве решающего фактора используется наименьший номер порта, в результате чего порт Fa0/3 выбирается в качестве корневого порта.

3. Выбор назначенных и неназначенных портов

Назначенные порты отвечают за пересылку трафика в сети, а неназначенные порты блокируются, чтобы предотвратить возникновение петель. Подобно процессу выбора корневого порта, назначенный порт определяется по наименьшей стоимости пути для достижения корневого моста. Важно отметить, что все порты корневого моста являются назначенными портами.

Если стоимость пути равна, идентификатор коммутатора сравнивается для определения назначенного порта. Если связь в идентификаторе коммутатора все еще существует, для разрыва связи используется номер локального порта, а коммутатор с наименьшим номером порта назначается назначенным портом.

После выбора назначенного порта все остальные порты коммутатора, не назначенные, переводятся в состояние блокировки. Это предотвращает образование петель в сети и гарантирует движение трафика в правильном направлении.

В заключение, понимание процесса, посредством которого STP выбирает корневой мост, корневой порт, а также назначенные и неназначенные порты, необходимо для предотвращения сетевых петель, которые могут серьезно нарушить производительность сети. Сетевые петли могут привести к медленной работе сети или ее зависанию, увеличению перегрузки и даже к сбоям в сети. Поэтому внедрение STP — как широко используемого и эффективного метода предотвращения петель в сети — имеет решающее значение для поддержания стабильной и эффективной сети.