Spanning Tree Protocol

Spanning Tree Protocol (zkratka STP, v překladu protokol kostry grafu) je v informatice název pro síťový protokol, který v ethernetových LAN sítích odstraňuje smyčky. Switch s managmentem zjistí pomocí protokolu topologii sítě a odpojí redundantní spoje, které v síti způsobují množení broadcastů. Protokol též umožňuje automaticky aktivovat odpojené spoje v případě, kdy dojde k přerušení aktivní cesty. Spanning Tree Protocol je standardizován jako IEEE 802.1D. STP je založeno na algoritmu, který navrhla Radiana Perlmanová ve firmě Digital Equipment Corporation.

Provoz protokolu

1.Příklad sítě. Číslované kolonky představují mosty (číslo představuje bridge ID). Mraky představují síťové segmenty.

2. Nejmenší Most ID je 3. Proto je most 3 je kořenový (hlavní) most.

3. Cesta s nejnižšími náklady na cestu od mostu 4 ke kořenovému mostu prochází segmentem sítě C.

4. Nejmenšími náklady ke kořenu od síťového segmentu e prochází most 92. Proto určený port pro síť segmentu E je port, který se připojuje na most 92 na segmentu sítě E.

Operace je jednoduchá jako směsice mostů v místní síti (LAN) může být zobrazen jako graf, jehož uzly jsou mosty a segmenty LAN (nebo kabely), a jehož okraje jsou rozhraní spojující mosty v segmenty. Chcete-li přerušit smyčku v síti při zachování přístupu ke všem segmentům LAN, mosty společně vypočítají spanning tree. Správce sítě tak může snížit náklady na množství spanning tree v případě potřeby tím, že změní některé konfigurační parametry tak, aby vybral hlavní cestu. Spanning Tree Protokol lze určit pomocí následujících pravidel.

Výběr kořenového (hlavního) mostu

Kořenový most, je most, který má nejmenší bridge ID. Každý takový most má tedy nastavitelnou prioritu s číslem a adresu MAC. Bridge ID obsahuje obě tato čísla spojí dohromady: priorita Bridge + MAC (32768.0200.0000.1111). Výchozí hodnotou je číslo 32768 a mohou být nastaveny pouze v násobcích 4096 (Spanning tree používá 12 bitů rozšířeného systému ID). Při porovnávání dvou bridge ID, jsou tato čísla porovnány prioritně a MAC adresy jsou porovnávány pouze v případě, když je bridge ID stejné. Switch s nejnižší prioritou všech switch bude kořenový. Pokud nastane shoda, pak bude kořenový switch ten s nejnižší prioritou a nejnižší MAC adresou. Například, je-li switch A (MAC = 0200.0000.1111) a B (MAC = 0200.0000.2222) oba mají prioritu 32768 pak bude jako kořenový most vybrán switch A. Pokud by se síťovým administrátorům chtělo použít switch B, musí nastavit jeho prioritu, aby byla menší než 32768 nebo konfigurovat spanning tree jako primární nebo sekundární. Při konfiguraci lze použít kořenový switch jako primární a sekundární switch si automaticky změní prioritu podle výchozí konfigurace.

Určení nejmenších nákladů cesty ke kořenovému mostu

Spanning tree má tu vlastnost, že zprávy z libovolného připojeného zařízení cestou do kořenového mostu použije s nejmenšími náklady, tj. zvolená je ta cesta, ze zařízení do kořenového adresáře která má minimální náklady mezi všemi ostatními cestami z přístroje do kořenového adresáře. Náklady na křížení cesty je součet nákladů na segmenty na cestě. Různé technologie mají různé výchozí náklady na segmenty sítě. Správce může konfigurovat náklady na konkrétní segment sítě. Vlastnost, která zprávy donutí vždy projít nejméně nákladnými cesty do kořenového adresáře je zaručena následujícími dvěma pravidly:

Cesta nejnižšími náklady od každého mostu

Pokud byl vybrán kořenový most, každý most určuje náklady na každou možnou cestu od sebe ke kořenu. Z nich se vybere jeden s nejmenších nákladů ( cesta nejnižšími náklady ). Port připojení k této cestě se stává kořenovým portem mostu.

Cesta nejnižšími náklady od každého segmentu sítě

Mosty na síťovém segmentu kolektivně určí, který most má nejvýhodnější cestu ze segmentu sítě do kořenového adresáře. Port připojení tohoto mostu do segmentu sítě je pak určený port pro segment

Zakázat všechny ostatní kořenové cesty

Každý aktivní port, který není kořenem portu nebo určený port je blokován.

Změny v případě vazby

Výše uvedené pravidla mírně zjednodušují situaci, protože v reálu je možné, že mohou existovat vazby, například dva nebo více portů na jednom mostě, nebo dva čí více mostů na stejném segmentu sítě mají stejné náklady na cestu. Pro vyřešení těchto případů se používá:

Vypínací vazby na kořenové porty

Při více cest směrem od mostu jsou vybrané nejméně náklady trasy, vybraná cesta používá sousední most s dolní bridge ID. Kořenovým porte je tedy ten, připojení k mostu s nejnižším bridge ID. Například, na obr. 3, je-li spínač 4 byl připojen k segmentu místo f segmentu sítě D, by se dvě cesty o délce 2 do kořene, jedna cesta prochází můstkem 24 a druhý přes můstek 92. Protože tam jsou dvě málo nákladné cesty, nižší most ID ( 24 ) bude použita při volbě, která cesta se má použít.

Vypínací vazby na určených portech

Pokud více než jeden most na segmentu vede k nejméně nákladné cestě ke kořenovému adresáři,potom most s dolní bridge ID se používá k předávání zpráv do kořenového adresáře. Port připojující tento most do segmentu sítě je určený port pro segment. Na obr.4 jsou vidět dvě stejně nákladné cesty od síťového segmentu D na kořenový most, kde prochází most 24 a druhý přes most 92. Spodní bridge ID je 24, takže diktuje, že určený port je port, přes který je síťový segment D připojen k překlenutí 24. Pokud by bridge ID byli rovni, pak bude most s nejnižší adresou MAC mít určený port.

Finální vypínací vazba

V některých případech může být problémem, pokud jsou dva mosty spojeny pomocí více kabelů. V tomto případě je více portů na jednom mostě bráno jako kandidáty pro kořenový port. V tomto případě se použije cesta, která prochází z portu na sousední most který má nejnižší identifikátor portu. Používá se prioritní port (výchozí jako = 128) + číslo portu.

Nejvýhodnější cesta

V souhrnu pravidla pro určení nejvýhodnější cesty (což je nejlepší cesta ke kořeni) jsou:

• Nejnižší bridge ID - určuje kořenový most
• Nejnižší náklady na kořenový most - určuje přepínač s nejnižšími náklady na kořenový most
• Nejnižší odesílatele bridge ID - Slouží jako vazba pro jistič v případě více switchu, které mají stejné náklady na kořenový most
• Nejnižší port ID odesílatele - Slouží jako vazba pro jistič, pokud switch má několik možných cest na, kde:
  • Bridge ID = priorita = (16 bitů) + ID[ MAC adresa ] (48 bitů),priorita (výchozí most je 32768)
  • Port ID = priorita = (8 bitů) + ID [ číslo Interface ] (12 bitů),priorita (výchozí port je 128)

Externí odkazy

• Cisco home page for the Spanning-Tree protocol family (discusses CST, MISTP, PVST, PVST+, RSTP, STP)
• Educational explanation of STP www.cisco.com
• STP article in the Wireshark wiki Includes a sample PCAP-file of captured STP traffic.
• PERLMAN, Radia. Algorhyme [online]. University of California at Berkeley [cit. 2011-09-01]. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2011-07-19. 
• IEEE Standards
  • ANSI/IEEE 802.1D-2004 standard, kapitola 17
  • ANSI/IEEE 802.1Q-2005 standard,
• RFCs
  • RFC 2674-1999, proposed standard, Definitions of Managed Objects for Bridges with Traffic Classes, Multicast Filtering and Virtual LAN Extensions
  • RFC 1525-1993, - SBRIDGEMIB, proposed standard, Definitions of Managed Objects for Source Routing Bridges
  • RFC 1493-1993 - BRIDGEMIB, draft standard, Definitions of Managed Objects for Bridges
• Spanning Tree Direct vs Indirect Link Failures - CCIE Study