STP

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. október 23-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 8 szerkesztést igényelnek .
STP
Név átívelő fa protokoll
Szint ( az OSI modell szerint ) csatornázott
Létrehozva: 1985
A protokoll célja Távolítsa el a hurkokat a hálózati topológiában
Leírás RSTP, MSTP, SPB
 Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon

Spanning Tree Protocol ( STP , spanning tree Protocol ) egy csatorna protokoll. Az STP fő feladata a hurkok kiküszöbölése egy tetszőleges Ethernet hálózat topológiájában, amelyben egy vagy több hálózati híd van redundáns linkekkel összekötve. Az STP úgy oldja meg ezt a problémát, hogy automatikusan blokkolja azokat a kapcsolatokat, amelyek jelenleg redundánsak a kapcsolók teljes csatlakoztathatóságához.

Az Ethernet hálózatban a topológiai hurkok kiküszöbölésének szükségessége abból fakad, hogy valós Ethernet hálózatban való jelenlétük kapcsolóval nagy valószínűséggel ugyanazon Ethernet keretek egy vagy több switch általi átvitelének végtelen megismétléséhez vezet, ezért a hálózati sávszélességet szinte teljesen lefoglalják ezek a haszontalan ismétlések. ilyen körülmények között, bár a hálózat műszakilag tovább működhet, a gyakorlatban teljesítménye olyan alacsony lesz, hogy a hálózat teljes meghibásodásának tűnhet.

Az STP az OSI modell második rétegéhez tartozik . A protokollt az IEEE 802.1D szabvány írja le, amelyet az IEEE 802.1 Internetworking Working Group fejlesztett ki. A Radia Perlman által kifejlesztett azonos nevű algoritmus alapján . 

Ha egy áthidalt hálózatban (a kapcsolók egy hálózati szegmensében) több útvonal van, akkor ciklikus útvonalak alakulhatnak ki, és az adatok hídon (kapcsolón) való továbbítására vonatkozó egyszerű szabályok betartása azt eredményezi, hogy ugyanazt a csomagot a végtelenségig továbbítja az egyik hídról a másikra. egyéb (a kapcsolókról a gyűrű körül kell továbbítani).

A feszítőfa algoritmus lehetővé teszi, hogy szükség szerint automatikusan letiltja az áthidalást az egyes portokon (blokkkapcsoló portok), hogy megakadályozza a hurkot a csomagtovábbítási útvonalak topológiájában. A feszítőfa algoritmus hálózati hídban való használatához nincs szükség további konfigurációra [1] .

Leírás

A feszítőfa algoritmus egy olyan protokoll alapja, amely dinamikusan letiltja a redundáns kapcsolatokat egy Ethernet hálózatban (fa topológia kialakítása érdekében). Az STP-t az IEEE szabványosítja, és a felügyelt kapcsolók számos modellje támogatja, különösen az összes Cisco kapcsolón alapértelmezés szerint engedélyezve van .

A protokoll lényege, hogy az azt támogató Ethernet switchek „magukról” információt cserélnek egymással. Bizonyos feltételek alapján (általában a beállításoknak megfelelően) az egyik kapcsoló „root”-ként (vagy „gyökérként”) kerül kiválasztásra, majd az összes többi kapcsoló a feszítőfa-algoritmus segítségével olyan portokat választ ki működésre, amelyek „ legközelebbi” a „gyökér” kapcsolóhoz (a közvetítők száma és a vonalsebesség). A "root" kapcsolóhoz vezető összes többi hálózati port le van tiltva. Így a kiválasztott kommutátorban gyökérrel rendelkező fa jön létre.

A VLAN-kompatibilis Cisco kapcsolókon az STP alapértelmezés szerint függetlenül fut minden egyes virtuális hálózaton.

Az STP-n kívül a switchek más módszereket is használhatnak a hurkok észlelésére és megszüntetésére - például a különböző portok kapcsolási tábláinak (MAC-címek listáinak) összehasonlításával, vagy az átadott csomagok ellenőrző összegeinek összehasonlításával (az egyezés ugyanazokat a csomagokat jelzi, mint hurkok miatt jelennek meg). A leírt módszerekhez képest, amelyek véletlenszerűen (vagy némi találgatás alapján) blokkolják a "duplikált" portokat, az STP protokoll a teljes szegmens fastruktúráját biztosítja, tetszőleges számú redundáns vonallal az STP-t támogató tetszőleges kapcsolók között.

Hogyan működik

  1. Egy gyökérhíd van kiválasztva ( angol  Root Bridge ).
  2. Ezután minden kapcsoló kiszámítja a legrövidebb utat a gyökérhez. A megfelelő portot root portnak ( angol  Root Port ) nevezzük. Minden nem root kapcsolónak csak egy gyökérportja lehet.
  3. Ezt követően minden hálózati szegmenshez, amelyhez egynél több híd (vagy egy híd több portja) van csatlakoztatva, kiszámításra kerül a legrövidebb út a gyökérhídhoz (porthoz). A híd, amelyen ez az útvonal áthalad , ennek a hálózatnak lesz kijelölve ( angolul  kijelölt híd ), a megfelelő port pedig a kijelölt port ( angolul  kijelölt port ).
  4. Továbbá minden olyan szegmensben, amelyhez egynél több hídport csatlakozik, minden híd blokkol minden olyan portot, amely nem root és hozzárendelt. Az eredmény egy fastruktúra (matematikai gráf ), amelynek csúcsa gyökérkapcsoló formájában van.

Alapfogalmak

Átviteli sebesség és útköltség

Átviteli sebesség Költség (802.1D-1998) Költség ( 802.1W-2001 )
4 Mbps 250 5 000 000
10 Mbps 100 2 000 000
16 Mbps 62 1 250 000
100 Mbps 19 200 000
1 Gbps négy 20 000
2 Gbps 3 10 000
10 Gbps 2 2000

Fontos szabályok

  1. A gyökérporthoz a legalacsonyabb elérési költségű portot rendeli hozzá.
  2. Előfordulhatnak olyan esetek, amikor a kapcsoló két vagy több portján keresztüli elérési út költsége azonos lesz, akkor a gyökér (root) port kiválasztása a port prioritása és sorozatszáma alapján történik (Lowest Sender Port ID). ) kapott a szomszédoktól [2] , például fa0/1 , fa0 /2, fa0/3 és root lesz a legalacsonyabb számú port.
  3. A kapcsolók alapértelmezés szerint nem mérik valós időben a hálózat terhelési állapotát, és az interfészek költsége szerint működnek az STP-fa felépítése idején.
  4. Minden portnak megvan a saját költsége (költség), amely fordítottan arányos a port sávszélességével (sávszélességével), és amely manuálisan konfigurálható.
  5. Az STP összes portja egymás után 4 állapoton megy keresztül: blokkolás (BPDU-k hallgatása adatátvitel nélkül), figyelés (BPDU-k meghallgatása és továbbítása), tanulás (adatok fogadása, MAC-táblázatok frissítése), továbbítás (port működő állapot). Alapértelmezett időközönként a porttovábbítás 30 másodperc után indul el.

  • A hálózatban lévő kapcsolók bekapcsolása után alapértelmezés szerint mindegyik kapcsoló gyökérnek (root) tekinti magát.
  • Minden kapcsoló 2 másodpercenként kezdi el küldeni a konfigurációs Hello BPDU csomagokat az összes porton.
  • Ha egy híd olyan BPDU -t kap, amelynek hídazonosítója kisebb, mint a sajátja, leállítja saját BPDU-k generálását, és megkezdi az ezzel az azonosítóval rendelkező BPDU-k továbbítását. Így végül csak egy híd marad ebben az Ethernet hálózatban, amely továbbra is saját BPDU-kat generál és továbbít. Ez lesz a gyökérhíd .
  • A fennmaradó hidak a gyökérhíd BPDU-ját közvetítik, saját azonosítójukat adva hozzájuk, és növelve az útköltség-számlálót.
  • Minden hálózati szegmenshez, amelyhez két vagy több hídport csatlakozik, meg kell határozni egy kijelölt portot – az a port, amelyen keresztül a gyökérhídról érkező BPDU-k belépnek ebbe a szegmensbe.
  • Ezt követően a szegmensekben, amelyekhez 2 vagy több hídport csatlakozik, minden port blokkolva van, kivéve a gyökérportot és a kijelölt portot.
  • A gyökérhíd továbbra is 2 másodpercenként küldi a Hello BPDU-kat.

Portok

Az STP-ben részt vevő minden port a következő módok (szerepek) egyikében működhet:

Evolúció és terjeszkedés

A Rapid STP (RSTP) az STP jelentős továbbfejlesztése. Mindenekelőtt meg kell jegyezni a konvergenciaidő csökkenését és a nagyobb stabilitást. Ez nagyrészt a Cisco Systems által az STP szabadalmaztatott kiterjesztéseként alkalmazott ötleteknek köszönhető. Az RSTP-t az IEEE 802.1w szabvány írja le (később a 802.1D-2004).

A Rapid STP STP-kompatibilis – ha egy eszköz STP-t használ, akkor az RSTP is STP-t fog használni az adott eszközzel, de ebben a módban előfordulhat, hogy az RSTP jelenléte más eszközökön nem jelent előnyt az STP-vel szemben.

A VLAN-onkénti STP (PVSTP), ahogy a neve is sugallja, kiterjeszti az STP funkcionalitását VLAN -ok használatára . Ennek a protokollnak a keretein belül minden VLAN-ban külön STP-példány működik. Ez egy Cisco saját kiterjesztés . Kezdetben a PVST protokoll csak ISL fővonalakon keresztül működött, majd kifejlesztették a PVST + bővítményt, amely lehetővé tette a sokkal elterjedtebb 802.1Q fővonalakon keresztül történő működést. Vannak olyan implementációk, amelyek kombinálják a PVST+ és az RSTP tulajdonságait, mivel ezek a kiterjesztések a protokoll független részeit érintik, így (Cisco terminológiával) Rapid PVST+ jön létre. A PVST+ kompatibilis az STP-vel, és még olyan switcheken keresztül is kommunikál, amelyek nem támogatják sem a PVST+-t, sem a Rapid PVST+-t multicast keretek használatával. A Cisco Systems azonban azt javasolja, hogy ne keverje össze a különböző gyártók kapcsolóit ugyanazon a hálózaton, hogy elkerülje a különböző STP-megvalósítások és -változatok közötti kompatibilitási problémákat.

Az STP protokollok fenti változatait az STP-példányok száma alapján lehet osztályozni abban az esetben, ha a VLAN-ok száma egynél több. Vannak olyan protokollváltozatok, amelyekben minden VLAN egyetlen STP-példánnyal rendelkezik (valójában STP, RSTP), és vannak olyan változatok, amelyekben minden VLAN-nak saját STP-példánya van (PVST, PVST+, Rapid PVST+).

Az egyes VLAN-okhoz külön STP-példányokkal rendelkező változatok redundanciája az, hogy ha több VLAN topológiája megegyezik, akkor a megfelelő STP-példányok teljesen megismétlik egymás munkáját. Ebben az esetben elvileg az STP-példányok egymást lényegében megkettőzésének szükségtelen működése a kapcsolóprocesszor felesleges többletterhelését eredményezi, és végső soron arra kényszerítheti a hardvertervezőket, hogy nagyobb teljesítményű, nagyobb fogyasztású processzort válasszanak a stabil működés érdekében. ami többletköltséggel járhat.az áramellátáshoz és a hűtéshez mind a berendezések gyártása során, mind pedig működés közben.

Ebben a tekintetben a Multiple STP (MSTP) különbözik egymástól . Egy MSTP-példányban több VLAN is elhelyezhető, feltéve, hogy a topológiájuk megegyezik (a VLAN-ban lévő kapcsolók és a köztük lévő kapcsolatok tekintetében). Az MSTP példányok minimális száma megfelel a topológiailag egyedi VLAN-csoportok számának a második szintű tartományban (ismét a kapcsolók és a köztük lévő kapcsolatok szintjén). Az MSTP fontos korlátot támaszt: az MSTP-ben részt vevő összes kapcsolónak ugyanazokkal a konfigurált VLAN-csoportokkal (MST-példányokkal) kell rendelkeznie, ami korlátozza a rugalmasságot a hálózati konfigurációk megváltoztatásakor.

Az MSTP-t az IEEE 802.1s szabvány írja le (később a 802.1Q-2003-ban).

Shortest Path Bridging (SPB)

A legrövidebb út áthidalása (SPB) Az IEEE 802.1aq legyőzi a blokkolási korlátokat.

Létrehozási előzmények

Az STP mögött meghúzódó algoritmust 1985-ben Radia Perlman fejlesztette ki . 1 hetet kapott az algoritmus kidolgozására. 1 nap alatt megcsinálta, a fennmaradó időben pedig vers formájában írta le az algoritmust [3] :

Azt hiszem, soha nem fogok látni
egy fánál szebb grafikont.
Egy fa, amelynek döntő tulajdonsága
a hurokmentes kapcsolat.
Egy fa, amelynek át kell terjednie,
így a csomagok minden LAN-t elérhetnek.
Először is ki kell választani a gyökeret.
Az azonosító alapján megválasztják.
A rendszer nyomon követi a legolcsóbb utakat a gyökértől.
A fában ezek az utak vannak elhelyezve.
A hálót olyan emberek készítik, mint én, aztán
a hidak találnak egy átívelő fát.

- Radia Joy Perlman

Jegyzetek

  1. ↑ Hálózati híd . Hozzáférés időpontja: 2015. január 18. Az eredetiből archiválva : 2015. január 18.
  2. ↑ 802.1d-STP . Letöltve: 2015. március 17. Az eredetiből archiválva : 2015. április 2.
  3. ↑ Algoritmus egy feszítőfa elosztott kiszámításához egy kiterjesztett LAN-ban  (nem elérhető kapcsolat) , Radia Perlman (DEC), 1985

Linkek