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

Что такое протокол связующего дерева

В сетевой инфраструктуре возникает петля, когда сетевые пакеты постоянно циркулируют между двумя или более сетевыми устройствами, не достигая своего пункта назначения. Эта ситуация возникает из-за избыточных или множественных путей между сетевыми устройствами, из-за которых пакеты бесконечно перемещаются по петле.

Сетевые петли могут серьезно нарушить производительность сети, что приведет к замедлению работы или зависанию сетей, увеличению перегрузки и даже сбоям в работе 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 создавать сетевые петли, позволяя пакетам проходить по нескольким путям, что приводит к перегрузке и образованию петель.
• Неправильно настроенные сетевые устройства. Неправильно настроенные сетевые устройства могут вызывать сетевые петли. Например, если два порта коммутатора неправильно настроены для работы в одной VLAN, пакеты могут пересылаться между ними, создавая петлю.
• Проблемы проектирования сети. Плохой дизайн сети может привести к образованию петель в сети. Добавление избыточных каналов к сети, не предназначенной для обеспечения избыточности, может привести к образованию петель в сети.
• Человеческая ошибка. Человеческая ошибка также может привести к петлям в сети из-за ошибок при настройке или замене 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 образования петель в сети. STP помогает предотвратить образование петель, активно отслеживая топологию сети и выборочно блокируя избыточные каналы, чтобы обеспечить наличие только одного активного пути между любыми двумя сетевыми устройствами. Таким образом, STP помогает предотвратить широковещательные штормы и перегрузку сети, которые могут возникнуть из-за петель. Хотя существуют и другие методы предотвращения сетевых петель, STP — надежное решение, поддерживаемое большинством сетевых устройств и широко применяемое в корпоративных сетях.

Как работает STP?

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

• Выбор корневого моста
• Выбор корневого порта
• Выбор назначенного порта и не назначенного порта

1. Выбор корневого моста

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

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

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

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

По умолчанию на коммутаторах включен протокол связующего дерева (STP). Используйте приведенную ниже команду для проверки сведений о корневом мосте, корневом порте и назначенном порте.

показать остовное дерево

2. Выбор корневого порта

Каждый некорневой мост определяет лучший путь для доступа к корневому мосту. Порт, обеспечивающий кратчайший путь к корневому мосту, назначается корневым портом для этого некорневого моста. У каждого некорневого моста есть только один корневой порт, который обеспечивает самый быстрый путь к корневому мосту.

Корневой порт выбирается путем сравнения стоимости каждого из портов некорневого коммутатора для доступа к корневому мосту. В качестве корневого порта выбирается порт с наименьшей стоимостью. 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, при этом чем выше скорость, тем ниже стоимость пути.

В процессе выбора корневого порта может возникнуть ничья, когда два или более порта на некорневом мосту 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 ему 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 одинакова на обоих интерфейсах коммутатора 3, для разрешения конфликтов используется MAC-идентификатор коммутатора переадресации. Поскольку коммутатор 4 имеет самый низкий MAC-адрес, порт Fa0/3 выбирается в качестве корневого порта на коммутаторе 3.
   
2. Если после сравнения идентификаторов мостов по-прежнему существует совпадение (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 по-прежнему существует равенство, в качестве корневого порта выбирается наименьший номер порта коммутатора переадресации. В этом примере коммутатор 3 имеет несколько каналов для достижения корневого моста, что приводит к привяжите идентификатор моста коммутатора пересылки.
   
   Чтобы разорвать эту связь, приоритет порта используется в качестве разрешения конфликтов. Поскольку приоритет портов одинаков для этих портов, в качестве решающего фактора используется наименьший номер порта, что приводит к выбору порта Fa0/3 в качестве корневого порта.
   

3. Выбор назначенных и не назначенных портов

Назначенные порты отвечают за пересылку трафика в сети, а неназначенные порты блокируются для предотвращения образования петель. Подобно процессу выбора корневого порта, назначенный порт определяется наименьшей стоимостью пути до корневого моста. Важно отметить, что все порты корневого моста являются назначенными портами.

Если есть связь в стоимости пути, то идентификатор коммутатора сравнивается, чтобы определить назначенный порт. Если в идентификаторе коммутатора все еще есть совпадение, то для разрыва совпадения используется номер локального порта, а коммутатор с наименьшим номером порта назначается назначенным портом.

После выбора назначенного порта все остальные порты на коммутаторе, которые не являются назначенными портами, переводятся в состояние блокировки. Это предотвращает образование петель в сети и обеспечивает направление трафика в правильном направлении.

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