Протокол связующего дерева - Spanning Tree Protocol

Протокол связующего дерева ( STP ) - это сетевой протокол, который создает логическую топологию без петель для сетей Ethernet . Основная функция STP - предотвращение образования мостовых петель и возникающего в результате широковещательного излучения . Связующее дерево также позволяет включать в схему сети резервные каналы, обеспечивающие отказоустойчивость в случае сбоя активного канала.

Как следует из названия, STP создает связующее дерево, которое характеризует взаимосвязь узлов в сети связанных мостов уровня 2 , и отключает те ссылки, которые не являются частью связующего дерева, оставляя один активный путь между любыми двумя сетевыми узлами. STP основан на алгоритме, изобретенном Радией Перлман, когда она работала в Digital Equipment Corporation .

В 2001 году IEEE представил протокол Rapid Spanning Tree Protocol ( RSTP ) как 802.1w. RSTP обеспечивает значительно более быстрое восстановление в ответ на сетевые изменения или сбои, вводя для этого новые модели поведения конвергенции и роли портов моста. RSTP был разработан с учетом обратной совместимости со стандартным STP.

Первоначально протокол STP был стандартизирован как IEEE 802.1D, но функции связующего дерева (802.1D), быстрого связующего дерева (802.1w) и множественного связующего дерева (802.1s) с тех пор были включены в IEEE 802.1Q-2014 .

Работа протокола

Коммутаторы с реализацией протокола Spanning Tree Protocol в локальной сети (LAN). Один из коммутаторов - это корневой мост STP . Все порты коммутатора, которые соединяют канал между двумя коммутаторами, являются либо корневым портом (RP), либо назначенным портом (DP), либо заблокированным портом (BP).

После сбоя связи алгоритм связующего дерева вычисляет и охватывает новое дерево с наименьшими затратами.

Коммутаторы с реализацией протокола Spanning Tree в локальной сети (LAN)

Потребность в протоколе связующего дерева (STP) возникла из-за того, что коммутаторы в локальных сетях (LAN) часто соединяются между собой с использованием избыточных каналов для повышения устойчивости в случае сбоя одного из подключений. Однако такая конфигурация соединения создает петлю переключения, приводящую к широковещательному излучению и нестабильности таблицы MAC . Если для подключения коммутаторов используются резервные каналы, следует избегать петель переключения.

Чтобы избежать проблем, связанных с резервированием каналов в коммутируемой локальной сети, на коммутаторах реализован протокол STP для мониторинга топологии сети. Все ссылки между коммутаторами и, в частности, резервные ссылки занесены в каталог. Затем алгоритм связующего дерева блокирует пересылку по избыточным каналам, устанавливая один предпочтительный канал между коммутаторами в локальной сети. Этот предпочтительный канал используется для всех кадров Ethernet, если он не выходит из строя, и в этом случае включается нежелательный резервный канал. При реализации в сети протокол STP назначает один коммутатор уровня 2 корневым мостом . Затем все коммутаторы выбирают лучшее соединение с корневым мостом для пересылки и блокируют другие избыточные ссылки. Все коммутаторы постоянно обмениваются данными со своими соседями в локальной сети с помощью блоков данных протокола моста (BPDU).

Если между двумя коммутаторами имеется более одного канала, корневой мост STP рассчитывает стоимость каждого пути в зависимости от пропускной способности. STP выберет путь с наименьшей стоимостью, то есть с наибольшей пропускной способностью, в качестве предпочтительного канала. STP включит этот предпочтительный канал в качестве единственного пути, который будет использоваться для кадров Ethernet между двумя коммутаторами, и отключит все другие возможные каналы, назначив порты коммутатора, которые подключают предпочтительный путь, в качестве корневого порта .

После того, как коммутаторы с поддержкой STP в локальной сети выбрали корневой мост, все некорневые мосты назначают один из своих портов в качестве корневого порта. Это либо порт, который соединяет коммутатор с корневым мостом, либо, если имеется несколько путей, порт с предпочтительным путем, рассчитанным корневым мостом. Поскольку не все коммутаторы напрямую подключены к корневому мосту, они обмениваются данными друг с другом с помощью блоков данных протокола моста STP (BPDU). Каждый коммутатор добавляет стоимость своего пути к стоимости, полученной от соседних коммутаторов, чтобы определить общую стоимость данного пути к корневому мосту. После сложения стоимости всех возможных путей к корневому мосту каждый коммутатор назначает порт в качестве корневого порта, который подключается к пути с наименьшей стоимостью или максимальной пропускной способностью, который в конечном итоге приведет к корневому мосту.

Стоимость пути

Стоимость пути STP по умолчанию изначально рассчитывалась по формуле 1 Гбит / с/пропускная способность. Когда стали доступны более высокие скорости, значения по умолчанию были скорректированы, поскольку в противном случае скорости выше 1 Гбит / с были бы неотличимы от STP. Его преемник RSTP использует аналогичную формулу с большим числителем:20 Тбит / с/пропускная способность. Эти формулы приводят к примерным значениям в таблице.

Состояния порта

Все порты коммутатора в локальной сети, где включен протокол STP, распределены по категориям.

Блокировка

Порт, который мог бы вызвать петлю переключения, если бы он был активен. Чтобы предотвратить использование зацикленных путей, никакие пользовательские данные не отправляются и не принимаются через блокирующий порт. Данные BPDU по-прежнему принимаются в состоянии блокировки. Заблокированный порт может перейти в режим пересылки, если другие используемые ссылки не работают и алгоритм связующего дерева определяет, что порт может перейти в состояние пересылки.

Прослушивание

Коммутатор обрабатывает BPDU и ожидает возможной новой информации, которая заставит его вернуться в состояние блокировки. Он не заполняет таблицу MAC-адресов и не пересылает кадры.

Обучение

Хотя порт еще не пересылает кадры, он изучает адреса источника из полученных кадров и добавляет их в таблицу MAC.

Пересылка

Порт в нормальном режиме принимает и пересылает кадры. Порт отслеживает входящие BPDU, что указывает на то, что он должен вернуться в состояние блокировки для предотвращения зацикливания.

Отключено

Сетевой администратор вручную отключил порт коммутатора.

Когда устройство впервые подключается к порту коммутатора, оно не сразу начинает пересылку данных. Вместо этого он будет проходить через несколько состояний, пока обрабатывает BPDU и определяет топологию сети. Порт, подключенный к хосту, например компьютеру, принтеру или серверу, всегда переходит в состояние пересылки, хотя и с задержкой около 30 секунд, пока он проходит через состояния прослушивания и обучения. Время, проведенное в состояниях прослушивания и обучения, определяется значением, известным как задержка пересылки (по умолчанию 15 секунд и устанавливается корневым мостом). Если подключен другой коммутатор , порт может оставаться в режиме блокировки, если определено, что это вызовет петлю в сети. BPDU уведомления об изменении топологии (TCN) используются для информирования других коммутаторов об изменениях портов. TCN вводятся в сеть некорневым коммутатором и распространяются на корень. После получения TCN корневой коммутатор установит флаг изменения топологии в своих обычных BPDU. Этот флаг распространяется на все другие коммутаторы и предписывает им быстро устаревать записи в таблице пересылки.

Конфигурация

Перед настройкой STP следует тщательно спланировать топологию сети. Базовая конфигурация требует, чтобы STP был включен на всех коммутаторах в локальной сети и на каждом из них была выбрана одна и та же версия STP. Администратор может определить, какой коммутатор будет корневым мостом, и соответствующим образом настроить коммутаторы. Если корневой мост выходит из строя, протокол автоматически назначит новый корневой мост на основе идентификатора моста. Если все коммутаторы имеют один и тот же идентификатор моста, например идентификатор по умолчанию, и корневой мост выходит из строя, возникает ситуация связи, и протокол назначает один коммутатор в качестве корневого моста на основе MAC-адресов коммутатора. После того, как коммутаторам назначен идентификатор моста и протокол выбрал коммутатор корневого моста, лучший путь к корневому мосту рассчитывается на основе стоимости порта, стоимости пути и приоритета порта. В конечном итоге STP рассчитывает стоимость пути на основе полосы пропускания канала, однако каналы между коммутаторами могут иметь одинаковую полосу пропускания. Администраторы могут влиять на выбор протоколом предпочтительного пути, настраивая стоимость порта. Чем ниже стоимость порта, тем более вероятно, что протокол выберет подключенное соединение в качестве корневого порта для предпочтительного пути. Выбор того, как другие коммутаторы в топологии выбирают свой корневой порт или наименее затратный путь к корневому мосту, может зависеть от приоритета порта. Наивысший приоритет будет означать, что путь в конечном итоге будет менее предпочтительным. Если все порты коммутатора имеют одинаковый приоритет, для пересылки кадров выбирается порт с наименьшим номером.

Корневой мост и идентификатор моста

Пример сети. Пронумерованные поля представляют мосты, то есть коммутаторы в локальной сети. Число - это идентификатор моста. Облака с буквами представляют собой сегменты сети. Наименьший идентификатор моста - 3. Следовательно, мост 3 является корневым мостом.

Корневой мост связующего дерева является мостом с наименьшим (низший) моста ID. Каждый мост имеет настраиваемый номер приоритета и MAC-адрес; идентификатор моста представляет собой объединение приоритета моста и MAC-адреса. Например, идентификатор моста с приоритетом 32768 и MAC 0200.0000.1111 - 32768.0200.0000.1111 . По умолчанию приоритет моста равен 32768 и может быть сконфигурирован только кратным 4096. При сравнении двух идентификаторов моста сначала сравниваются части приоритета, а MAC-адреса сравниваются, только если приоритеты равны. Коммутатор с самым низким приоритетом из всех коммутаторов будет корневым; если есть связь, то коммутатор с наименьшим приоритетом и наименьшим MAC-адресом будет корневым. Например, если коммутаторы A (MAC = 0200.0000.1111 ) и B (MAC = 0200.0000.2222 ) имеют приоритет 32768, тогда коммутатор A будет выбран в качестве корневого моста. Если сетевые администраторы хотят, чтобы коммутатор B стал корневым мостом, они должны установить его приоритет ниже 32768.

Путь к корневому мосту

Последовательность событий для определения наилучшего полученного BPDU (который является наилучшим путем к корню):

1. Самый низкий идентификатор корневого моста (BID) - определяет корневой мост.
2. Самая низкая стоимость корневого моста - предпочтение отдается восходящему коммутатору с наименьшими затратами на корневой мост
3. Самый низкий идентификатор моста отправителя - служит для разрешения конфликтов, если несколько вышестоящих коммутаторов имеют равную стоимость для корневого
4. Самый низкий идентификатор порта отправителя - служит для разрешения конфликтов, если коммутатор имеет несколько (не EtherChannel) ссылок на один восходящий коммутатор, где:
   • ID моста = приоритет (4 бита) + локально назначенное расширение идентификатора системы (12 бит) + ID [MAC-адрес] (48 бит); приоритет моста по умолчанию - 32768, и
   • ID порта = приоритет (4 бита) + ID (номер интерфейса) (12 бит); приоритет порта по умолчанию - 128.

Тайбрейкеры

Связь пути: путь с наименьшей стоимостью к корню из сетевого сегмента e проходит через мост 92. Следовательно, назначенный порт для сетевого сегмента e - это порт, который соединяет мост 92 с сетевым сегментом e.

Корневые порты

Когда несколько путей от моста являются путями с наименьшей стоимостью, выбранный путь использует соседний мост с нижним идентификатором моста. Таким образом, корневой порт - это тот, который подключается к мосту с наименьшим идентификатором моста. Например, на рисунках, если бы коммутатор 4 был подключен к сегменту сети d вместо сегмента f, было бы два пути длиной 2 к корню, один путь проходил бы через мост 24, а другой через мост 92. Поскольку их два путей с наименьшими затратами, нижний идентификатор моста (24) будет использоваться как средство разрешения конфликтов при выборе пути.

Пути

Когда более одного моста в сегменте приводят к пути с наименьшей стоимостью к корню, мост с более низким идентификатором моста используется для пересылки сообщений к корню. Порт, соединяющий этот мост с сетевым сегментом, является назначенным портом для сегмента. На рисунках показаны два пути с наименьшей стоимостью от сегмента сети d до корня: один проходит через мост 24, а другой - через мост 92. Идентификатор нижнего моста равен 24, поэтому средство разрешения конфликтов указывает, что назначенный порт является портом через какой сетевой сегмент d подключен к мосту 24. Если бы идентификаторы моста были равны, то мост с наименьшим MAC-адресом имел бы назначенный порт. В любом случае проигравший устанавливает порт как заблокированный.

Назначенные порты

Когда корневой мост имеет более одного порта в одном сегменте LAN, идентификатор моста фактически привязан, как и все затраты корневого пути (все равны нулю). Порт в этом сегменте LAN с наименьшим идентификатором порта становится назначенным портом. Он переводится в режим пересылки, в то время как все остальные порты корневого моста в том же сегменте LAN становятся неназначенными портами и переводятся в режим блокировки. Не все производители мостов следуют этому правилу, вместо этого делая все порты корневого моста назначенными портами и переводя их все в режим пересылки.

Финальный тай-брейк

В некоторых случаях все еще может существовать связь, например, когда корневой мост имеет несколько активных портов в одном сегменте LAN (см. Выше) с одинаково низкими затратами корневого пути и идентификаторами моста, или, в других случаях, несколько мостов соединены посредством несколько кабелей и несколько портов. В каждом случае у одного моста может быть несколько кандидатов на его корневой порт. В этих случаях кандидаты на корневой порт уже получили BPDU, предлагающие одинаково низкие (т. Е. «Лучшие») затраты на корневой путь и столь же низкие (т. Е. «Лучшие») идентификаторы мостов, и окончательное разрешение конфликтов переходит к порту, который получил самый низкий (т.е. «лучший») идентификатор приоритета порта или идентификатор порта.

Единицы данных протокола моста

Вышеупомянутые правила описывают один из способов определения того, какое связующее дерево будет вычислено алгоритмом, но написанные правила требуют знания всей сети. Мосты должны определить корневой мост и вычислить роли порта (корневой, назначенный или заблокированный) только с той информацией, которая у них есть. Чтобы гарантировать, что каждый мост имеет достаточно информации, мосты используют специальные фреймы данных, называемые блоками данных протокола моста (BPDU), для обмена информацией об идентификаторах моста и стоимости корневого пути.

Мост посылает кадр BPDU , используя уникальный МАС - адрес самого порта в качестве адреса источника, и адрес назначения STP - адреса многоадресной передачи 01: 80: С2: 00: 00: 00 .

В исходной спецификации STP есть два типа BPDU (расширение Rapid Spanning Tree (RSTP) использует определенный RSTP BPDU):

• Конфигурационный BPDU (CBPDU), используемый для вычисления связующего дерева
• BPDU уведомления об изменении топологии (TCN), используется для сообщения об изменениях в топологии сети.

BPDU обмениваются регулярно (по умолчанию каждые 2 секунды) и позволяют коммутаторам отслеживать сетевые изменения, а также запускать и останавливать пересылку на портах по мере необходимости. Чтобы предотвратить задержку при подключении хостов к коммутатору и во время некоторых изменений топологии, был разработан Rapid STP , который позволяет порту коммутатора быстро переходить в состояние пересылки в таких ситуациях.

Поля блока данных протокола моста

Блоки BPDU IEEE 802.1D и IEEE 802.1aq имеют следующий формат:

 1. Protocol ID:       2 bytes (0x0000 IEEE 802.1D)
 2. Version ID:        1 byte (0x00 Config & TCN / 0x02 RST / 0x03 MST / 0x04 SPT  BPDU) 
 3. BPDU Type:         1 byte (0x00 STP Config BPDU, 0x80 TCN BPDU, 0x02 RST/MST Config BPDU)
 4. Flags:             1 byte
   bits  : usage
       1 : 0 or 1 for Topology Change
       2 : 0 (unused) or 1 for Proposal in RST/MST/SPT BPDU
     3-4 : 00 (unused) or
           01 for Port Role Alternate/Backup in RST/MST/SPT BPDU
           10 for Port Role Root in RST/MST/SPT BPDU
           11 for Port Role Designated in RST/MST/SPT BPDU
       5 : 0 (unused) or 1 for Learning in RST/MST/SPT BPDU
       6 : 0 (unused) or 1 for Forwarding in RST/MST/SPT BPDU
       7 : 0 (unused) or 1 for Agreement in RST/MST/SPT BPDU
       8 : 0 or 1 for Topology Change Acknowledgement
 5. Root ID:           8 bytes (CIST Root ID in MST/SPT BPDU)
   bits  : usage
     1-4 : Root Bridge Priority
    5-16 : Root Bridge System ID Extension
   17-64 : Root Bridge MAC Address
 6. Root Path Cost:    4 bytes (CIST External Path Cost in MST/SPT BPDU)
 7. Bridge ID:         8 bytes (CIST Regional Root ID in MST/SPT BPDU)
   bits  : usage
     1-4 : Bridge Priority 
    5-16 : Bridge System ID Extension
   17-64 : Bridge MAC Address
  8. Port ID:          2 bytes
  9. Message Age:      2 bytes in 1/256 secs
 10. Max Age:          2 bytes in 1/256 secs
 11. Hello Time:       2 bytes in 1/256 secs
 12. Forward Delay:    2 bytes in 1/256 secs
 13. Version 1 Length: 1 byte (0x00 no ver 1 protocol info present. RST, MST, SPT BPDU only)
 14. Version 3 Length: 2 bytes (MST, SPT BPDU only)
 
 The TCN BPDU includes fields 1-3 only. 

Стандарты протокола связующего дерева

Первый протокол связующего дерева был изобретен в 1985 году Radia Perlman в компании Digital Equipment Corporation . В 1990 году IEEE опубликовал первый стандарт протокола как 802.1D, основанный на алгоритме, разработанном Перлманом. Последующие версии были опубликованы в 1998 и 2004 годах, включая различные расширения. Оригинальный протокол связующего дерева, вдохновленный Перлманом, называемый DEC STP, не является стандартом и отличается от версии IEEE форматом сообщения, а также настройками таймера. Некоторые мосты реализуют версии протокола Spanning Tree как IEEE, так и DEC, но их взаимодействие может создать проблемы для администратора сети.

Совместимость различных реализаций стандарта не гарантируется , например, из-за различий в настройках таймера по умолчанию. IEEE рекомендует поставщикам предоставлять Заявление о соответствии реализации протокола с указанием реализованных возможностей и опций, чтобы помочь пользователям определить, будут ли различные реализации правильно взаимодействовать.

Протокол быстрого связующего дерева

В 2001 году IEEE представил протокол Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) как IEEE 802.1w . Затем RSTP был включен в IEEE 802.1D-2004, что сделало исходный стандарт STP устаревшим. RSTP был разработан с учетом обратной совместимости со стандартным STP.

RSTP обеспечивает значительно более быструю конвергенцию связующего дерева после изменения топологии, вводя для этого новые способы конвергенции и роли портов моста. В то время как STP может занять от 30 до 50 секунд, чтобы отреагировать на изменение топологии, RSTP обычно может реагировать на изменения в течение 3-х кратного времени  приветствия (по умолчанию: 3  х  2 секунды) или в течение нескольких миллисекунд после отказа физического соединения. Время приветствия - важный и настраиваемый интервал времени, который используется RSTP для нескольких целей; его значение по умолчанию - 2 секунды.

Операция быстрого связующего дерева

RSTP добавляет новые роли порта моста, чтобы ускорить сходимость после сбоя канала:

• Корневой - порт пересылки, который является лучшим портом от некорневого моста к корневому мосту.
• Назначено - порт пересылки для каждого сегмента локальной сети
• Альтернативный - альтернативный путь к корневому мосту. Этот путь отличается от использования корневого порта
• Резервное копирование - резервный / резервный путь к сегменту, к которому уже подключен другой порт моста.
• Отключено - не является строго частью STP, сетевой администратор может вручную отключить порт.

Количество состояний порта коммутатора, в которых может находиться порт, было уменьшено до трех вместо первоначальных пяти, которые использовались STP:

• Discarding - Пользовательские данные не отправляются через порт.
• Обучение - порт еще не пересылает кадры, но заполняет свою таблицу MAC-адресов.
• Экспедирование - Порт полностью готов к работе

Подробности работы RSTP:

• Обнаружение сбоя корневого коммутатора выполняется за 3 раза приветствия, что составляет 6 секунд, если время приветствия по умолчанию не было изменено.
• Порты можно настроить как граничные порты, если они подключены к локальной сети, к которой не подключены другие мосты. Эти граничные порты переходят непосредственно в состояние пересылки. RSTP все еще продолжает отслеживать порт на предмет BPDU в случае подключения моста. RSTP также можно настроить для автоматического обнаружения граничных портов. Как только мост обнаруживает, что BPDU поступает на граничный порт, порт становится не граничным портом.
• RSTP называет соединение между двумя или более коммутаторами соединением "канального типа". Предполагается, что порт, работающий в полнодуплексном режиме, является двухточечным каналом, тогда как полудуплексный порт (через концентратор) по умолчанию считается совместно используемым портом. Эту автоматическую настройку типа ссылки можно переопределить путем явной настройки. RSTP улучшает конвергенцию двухточечных соединений за счет сокращения времени Max-Age до 3-х кратного интервала Hello, удаления состояния прослушивания STP и обмена квитированием между двумя коммутаторами для быстрого перехода порта в состояние пересылки. RSTP ничем не отличается от STP для общих ссылок.
• В отличие от STP, RSTP будет отвечать на пакеты BPDU, отправленные со стороны корневого моста. Мост RSTP будет предлагать информацию о своем связующем дереве назначенным портам. Если другой мост RSTP получает эту информацию и определяет, что это информация о главном корне, он устанавливает для всех остальных своих портов отказ. Мост может отправить первому мосту соглашение, подтверждающее информацию о его вышестоящем связующем дереве. Первый мост, получив это соглашение, знает, что может быстро перевести этот порт в состояние пересылки, минуя переход состояния прослушивания / обучения. По сути, это создает каскадный эффект от корневого моста, когда каждый назначенный мост предлагает своим соседям определить, может ли он выполнить быстрый переход. Это один из основных элементов, который позволяет RSTP достичь более быстрого времени сходимости, чем STP.
• Как обсуждалось выше в деталях роли порта, RSTP поддерживает детали резервного копирования, касающиеся статуса сброса портов. Это позволяет избежать тайм-аутов, если текущие порты пересылки вышли из строя или BPDU не были получены на корневом порту в течение определенного интервала.
• RSTP вернется к устаревшей версии STP на интерфейсе, если на этом порту будет обнаружена устаревшая версия STP BPDU.

Стандарты для VLAN

STP и RSTP не разделяют порты коммутатора по VLAN. Однако в коммутируемых средах Ethernet, где существует несколько виртуальных локальных сетей (VLAN), часто желательно создать несколько связующих деревьев, чтобы трафик в разных VLAN использовал разные каналы.

Собственные стандарты

До того, как IEEE опубликовал стандарт протокола связующего дерева для виртуальных локальных сетей, ряд поставщиков, продававших коммутаторы с поддержкой виртуальных локальных сетей, разработали свои собственные версии протокола связующего дерева, поддерживающие виртуальные локальные сети. Cisco разработала, внедрила и опубликовалаСобственный протокол Per-VLAN Spanning Tree ( PVST ) , использующий собственную проприетарную связь между коммутаторами (ISL) для инкапсуляции VLAN , и PVST +, который использует инкапсуляцию VLAN 802.1Q . Оба стандарта реализуют отдельное связующее дерево для каждой VLAN. Коммутаторы Cisco теперь обычно реализуют PVST + и могут реализовать Spanning Trees для VLAN только в том случае, если другие коммутаторы в LAN реализуют тот же протокол STP VLAN. HP обеспечивает совместимость с PVST и PVST + в некоторых своих сетевых коммутаторах. Некоторые устройства от Force10 Networks , Alcatel-Lucent , Extreme Networks , Avaya , Brocade Communications Systems и BLADE Network Technologies поддерживают PVST +. Extreme Networks делает это с двумя ограничениями: отсутствие поддержки на портах, где VLAN нетегированная / собственная, а также на VLAN с ID 1. PVST + может туннелировать через регион MSTP .

Поставщик коммутаторов, компания Juniper Networks, в свою очередь, разработала и внедрила протокол связующего дерева VLAN (VSTP) для обеспечения совместимости с Cisco PVST, так что коммутаторы от обоих поставщиков могут быть включены в одну локальную сеть. Протокол VSTP поддерживается только сериями EX и MX от Juniper Networks. Есть два ограничения совместимости VSTP:

1. VSTP поддерживает только 253 различных топологии связующего дерева. Если существует более 253 VLAN, рекомендуется настроить RSTP в дополнение к VSTP, а VLAN за пределами 253 будут обрабатываться RSTP.
2. MVRP не поддерживает VSTP. Если этот протокол используется, членство в VLAN для магистральных интерфейсов должно быть настроено статически.

По умолчанию VSTP использует протокол RSTP в качестве основного протокола связующего дерева, но использование STP может быть принудительным, если в сети есть старые мосты. Более подробная информация о настройке VSTP на коммутаторах Juniper Networks опубликована в официальной документации.

Cisco также опубликовала собственную версию протокола Rapid Spanning Tree Protocol. Он создает связующее дерево для каждой VLAN, как и PVST. Cisco называет этоRapid Per-VLAN Spanning Tree ( RPVST ).

Протокол множественного связующего дерева

Протокол множественного связующего дерева (MSTP), первоначально определенный в IEEE 802.1s -2002, а затем объединенный в IEEE 802.1Q -2005, определяет расширение RSTP для дальнейшего повышения полезности сетей VLAN.

В стандарте связующее дерево, которое отображает одну или несколько сетей VLAN, называется множественным связующим деревом (MST). В рамках MSTP связующее дерево может быть определено для отдельных VLAN или для групп VLAN. Кроме того, администратор может определять альтернативные пути в связующем дереве. Коммутаторы сначала назначаются региону MST, затем VLAN сопоставляются или назначаются этому MST. Общее связующее дерево (ДКБ) является МСТОМ , к которому нескольким виртуальным локальным сетям отображаются, эта группой VLAN , называется MST экземпляр (MSTI). CST обратно совместимы со стандартами STP и RSTP. MST, которому назначена только одна VLAN, является внутренним связующим деревом (IST).

В отличие от некоторых проприетарных реализаций связующего дерева для каждой VLAN, MSTP включает всю информацию своего связующего дерева в единый формат BPDU . Это не только уменьшает количество BPDU, необходимых в LAN для передачи информации связующего дерева для каждой VLAN, но также обеспечивает обратную совместимость с RSTP (и, по сути, с классическим STP). MSTP делает это путем кодирования дополнительной информации о регионе после стандартного RSTP BPDU, а также ряда сообщений MSTI (от 0 до 64 экземпляров, хотя на практике многие мосты поддерживают меньше). Каждое из этих сообщений конфигурации MSTI передает информацию связующего дерева для каждого экземпляра. Каждому экземпляру может быть назначено количество настроенных VLAN, и кадры (пакеты), назначенные этим VLAN, работают в этом экземпляре связующего дерева всякий раз, когда они находятся внутри области MST. Чтобы избежать передачи всей своей VLAN в сопоставление связующего дерева в каждом BPDU, мосты кодируют MD5-дайджест своей VLAN-таблицы экземпляров в MSTP BPDU. Этот дайджест затем используется другими мостами MSTP вместе с другими административно настроенными значениями, чтобы определить, находится ли соседний мост в той же области MST, что и он сам.

MSTP полностью совместим с мостами RSTP, так как MSTP BPDU может интерпретироваться мостом RSTP как RSTP BPDU. Это не только обеспечивает совместимость с мостами RSTP без изменения конфигурации, но также заставляет любые мосты RSTP за пределами региона MSTP видеть регион как один мост RSTP, независимо от количества мостов MSTP внутри самого региона. Чтобы еще больше упростить представление о регионе MST как о единственном мосте RSTP, протокол MSTP использует переменную, известную как оставшиеся переходы, в качестве счетчика времени жизни вместо таймера срока действия сообщения, используемого RSTP. Время возраста сообщения увеличивается только один раз, когда информация связующего дерева поступает в область MST, и поэтому мосты RSTP будут рассматривать область как только один «переход» в связующем дереве. Порты на краю области MST, подключенные к мосту RSTP, STP или конечной точке, называются граничными портами. Как и в RSTP, эти порты можно настроить как граничные порты, чтобы облегчить быстрое изменение состояния пересылки при подключении к конечным точкам.

Преодоление кратчайшего пути

IEEE 802.1aq, также известный как Shortest Path Bridging (SPB), позволяет резервным каналам между коммутаторами быть активными через несколько путей с одинаковой стоимостью, а также обеспечивает гораздо более крупные топологии уровня 2, более быструю конвергенцию и улучшает использование топологий ячеистой сети за счет увеличения пропускной способности между коммутаторами. все устройства, позволяя трафику распределять нагрузку по всем путям в ячеистой сети. SPB объединяет множество существующих функций, включая протокол связующего дерева (STP), протокол множественного связующего дерева (MSTP), быстрый протокол связующего дерева (RSTP), агрегацию каналов и протокол регистрации нескольких MAC-адресов (MMRP), в один протокол состояния канала.

Расширение системного идентификатора

ID моста (BID) - это поле внутри пакета BPDU . Его длина составляет восемь байтов . Первые два байта - это приоритет моста, целое число без знака от 0 до 65 535. Последние шесть байтов - это MAC-адрес, предоставляемый мостом. До IEEE 802.1D-2004 первые два байта давали 16- битный приоритет моста. Начиная с IEEE 802.1D-2004, первые четыре бита являются настраиваемым приоритетом, а последние двенадцать битов несут расширение идентификатора системы моста. В случае MST расширение идентификатора системы моста несет номер экземпляра MSTP . Некоторые поставщики устанавливают расширение идентификатора системы моста для переноса идентификатора VLAN, позволяющего использовать другое связующее дерево для каждой VLAN, например Cisco PVST .

Недостатки и текущая практика

Связующее дерево - это старый протокол с более длительным временем удержания по умолчанию, который управляет конвергенцией состояния протокола. Неправильное использование или внедрение может способствовать сбоям в работе сети. Идея блокировки ссылок - это то, что в наши дни клиенты не принимают как подходящее решение для обеспечения высокой доступности. Современные сети могут использовать все подключенные каналы с помощью протоколов, которые запрещают, контролируют или подавляют естественное поведение логических или физических петель топологии.

Новые, более надежные протоколы включают протокол TRILL (прозрачное соединение множества ссылок), также созданный доктором Перлманом.

Такие методы виртуализации коммутаторов, как HPE IRF, Aruba VSF и Cisco VSS, объединяют несколько коммутаторов в единый логический объект. Группа агрегации каналов с несколькими шасси работает как обычный транк LACP , только распределяется через несколько коммутаторов. И наоборот, технологии разделения разделяют одно физическое шасси на несколько логических объектов.

На краю сети обнаружение петель настроено для предотвращения случайных петель пользователями.

Смотрите также

• Блок данных протокола моста
• Распределенное минимальное остовное дерево
• EtherChannel
• Автоматическое защитное переключение Ethernet
• Коммутация Ethernet Ring Protection
• Гибкие ссылки
• Наводнение (компьютерные сети)
• Протокол резервирования мультимедиа
• Минимальное остовное дерево
• Обнаружение однонаправленного канала
• Виртуальный канал связи

Примечания

использованная литература

внешние ссылки

• Домашняя страница Cisco для семейства протоколов Spanning-Tree (обсуждает CST, MISTP, PVST, PVST +, RSTP, STP)
• «Учебное объяснение СТП» . Архивировано из оригинала на 2016-03-04.
• Статья о STP в вики Wireshark включает образец PCAP-файла захваченного трафика STP.
• Перлман, Радия. «Алгорим» . Калифорнийский университет в Беркли . Архивировано из оригинала на 2011-07-19 . Проверено 1 сентября 2011 .
• Стандарты IEEE
  • Стандарт ANSI / IEEE 802.1D-2004 , раздел 17 обсуждает RSTP (Обычный STP больше не является частью этого стандарта. Это указано в разделе 8.)
  • Стандарт ANSI / IEEE 802.1Q-2005 , в разделе 13 обсуждается MSTP.
• RFC
  • RFC 2674–1999, предлагаемый стандарт, определения управляемых объектов для мостов с классами трафика, многоадресной фильтрацией и расширениями виртуальных локальных сетей.
  • RFC 1525–1993, - SBRIDGEMIB, предлагаемый стандарт, Определения управляемых объектов для мостов маршрутизации от источника.
  • RFC 1493-1993 - BRIDGEMIB, проект стандарта, определения управляемых объектов для мостов
• Прямые и непрямые сбои связующего дерева - исследование CCIE
• Обзор протокола связующего дерева