Лекция Cisco №3. Spanning tree protocol (stp in cisco)

Spanning tree protocol или протокол связующего дерева предназначен для удаления петель в сети с избыточной топологией. Проще говоря, этот протокол отключает порты свича, которые в данный момент являются избыточными. Т.е. если два свича соединены двумя связями, один порт одного из свичей будет автоматически отключен. Данный протокол работает на втором уровне модели OSI. Разберем более подробно.
Рассмотрим следующую схему:

Опишем алгоритм работы STP

1. Выбирается root bridge (корневой коммутатор). В этой сети возможно выбрать только один корневой коммутатор. Порты корневого коммутатора становятся назначенными (designated) портами и переходят в состояние передачи (FWD). Т.е. все задействованные порты корневого коммутатора принимают и отправляют пакеты.
2. Выбирается корневой порт на некорневом коммутаторе (nonroot bridge). Корневой порт переходит в состояние передачи (FWD). Корневой порт выбирается из расчета стоимости пути от некорневого свича до корневого. Стоимость пути рассчитывается на основе пропускной способности каналов, чем больше пропускная способность, тем меньше стоимость.
3. Выбор назначенного (designated) на каждый сегмент порта. В каждом сегменте (под сегментом понимается связь/пролет между свичами) STP создает один назначенный для связи с этим сегментом  порт. Назначенный порт выбирается на свиче, который имеет самый "дешевый" (наименьшая стоимость) путь до корневого свича. Назначенный порт переходит в состояние передачи.

На приведенном выше рисунке Switch1 выбран корневым коммутатором. Его порты становятся  назначенными портами, т.к. все порты корневого коммутатора становятся назначенными портами. На Switch2 верхний порт выбран корневым, т.к. у него меньшая стоимость пути (стоимость меньше, т.к. у верхнего порта линк 100Мбит, а у нижнего 10Мбит) до корневого свича. Нижний порт Switch2 выбран как неназначенный (nondesignated) порт, поскольку на один сегмент может приходиться только один назначенный порт, а он уже есть у корневого свича. Неназначенный порт переходит в состояние блокирования (BLK) трафика, что и предотвращает образование петель в сетях с избыточностью. Nondesignated порт может принимать, но не может передавать трафик.

Выбор корневого коммутатора

При выборе корневого коммутатора алгоритм STP ориентируется на значение BID. В число BID входит приоритет свича и его MAC-адрес. Коммутатор с наименьшим BID становится корневым. Коммутаторы по умолчанию каждые 2 секунды обмениваются служебными пакетами BPDU и информация о BID содержится как часть в кадре BPDU.

STP выдает каждому коммутатора уникальный BID. BID складывается из приоритета (2 байта) и MAC-адреса коммутатора (6 байт). Как правило по умолчанию на всех свичах приоритет выставлен 32768.

Состояние портов
Существует 4 состояния портов в протоколе STP

1. блокировка
2. прослушивание
3. обучение
4. передача

При первоначальном включении питания коммутатора, все порты блокируются протоколом STP и получают BPDU-кадры. После загрузки коммутатор переводит порты в состояние прослушивания. В этом состоянии порты могут принимать и отправлять BPDU-кадры. В состоянии прослушивания выбирается корневой мост, затем корневые порты на некорневых коммутаторах и назначенные порты для каждого сегмента. По умолчанию время перехода из режима прослушивания в режим обучения (или из режима обучения в режим передачи) составляет 15 секунд (delay forward). Если порт в состоянии блокировки в течении 20 секунд (max age)не получает BPDU-кадры, то порт переходит в состояние прослушивания.
Если порт определился как корневой или назначенный, то после обучения он переходит в состояние передачи. В противном случае (порт определился как неназначенный) порт снова переходит в состояние блокировки.

В следующей лабораторной работе мы на практике столкнемся с STP и разберемся как на свичах cisco работать с данным протоколом.