STP

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 23. lokakuuta 2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 8 muokkausta .
STP
Nimi kattava puu protokolla
Taso ( OSI-mallin mukaan ) kanavoitu
Luotu vuonna 1985
Protokollan tarkoitus Poista silmukat verkkotopologiassa
Erittely RSTP, MSTP, SPB
 Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa

Spanning Tree Protocol ( STP , spanning Tree Protocol ) on kanavaprotokolla. STP:n päätehtävänä on eliminoida silmukat mielivaltaisen Ethernet -verkon topologiassa, jossa on yksi tai useampi verkkosilta , jotka on yhdistetty redundanttisilla linkeillä. STP ratkaisee tämän ongelman estämällä automaattisesti yhteydet, jotka ovat tällä hetkellä tarpeettomia kytkimien täyden liitettävyyden kannalta.

Tarve eliminoida topologiset silmukat Ethernet-verkossa johtuu siitä, että niiden läsnäolo todellisessa Ethernet-verkossa kytkimellä johtaa suurella todennäköisyydellä samojen Ethernet-kehysten loputtomiin toistoihin yhdellä tai useammalla kytkimellä, minkä vuoksi verkon kaistanleveys on lähes kokonaan näiden turhien toistojen varassa. Näissä olosuhteissa, vaikka verkko saattaa teknisesti jatkaa toimintaansa, käytännössä sen suorituskyky laskee niin alhaiseksi, että se voi näyttää verkon täydelliseltä häiriöltä.

STP kuuluu OSI - mallin toiseen kerrokseen . Protokolla on kuvattu IEEE 802.1D -standardissa, jonka on kehittänyt IEEE 802.1 Working Group on Internetworking. Perustuu Radia Perlmanin kehittämään samannimiseen algoritmiin . _ 

Jos siltaverkossa (kytkimien verkkosegmentissä) on useita polkuja, voi muodostua syklisiä reittejä, ja yksinkertaisten sääntöjen noudattaminen tiedon välittämiseksi sillan (kytkimen) yli aiheuttaa saman paketin jatkuvan siirron yhdeltä sillalta muu (lähetetään renkaan ympäri kytkimistä).

Virittävän puun algoritmin avulla voit automaattisesti poistaa siltauksen käytöstä yksittäisissä porteissa tarpeen mukaan (lohkokytkinportit) estääksesi silmukan pakettien edelleenlähetysreittien topologiassa. Virittävän puualgoritmin käyttäminen verkkosillassa ei vaadi lisämäärityksiä [1] .

Kuvaus

Virittävä puualgoritmi on protokollan perusta, joka poistaa dynaamisesti käytöstä redundantit linkit Ethernet-verkossa (puutopologian muodostamiseksi). STP on IEEE :n standardoima, ja monet hallittujen kytkimien mallit tukevat sitä, erityisesti se on oletuksena käytössä kaikissa Ciscon kytkimissä .

Protokollan ydin on, että sitä tukevat Ethernet-kytkimet vaihtavat "itsestään" tietoja keskenään. Tiettyjen ehtojen perusteella (yleensä asetusten mukaisesti) yksi kytkimistä valitaan "juureksi" (tai "juureksi"), minkä jälkeen kaikki muut kytkimet valitsevat virittävän puualgoritmin avulla toimintaa varten portit, jotka ovat " lähimpänä "juurikytkintä" (välittäjien lukumäärä ja linjanopeudet). Kaikki muut "juuri"-kytkimeen johtavat verkkoportit on estetty. Näin ollen valitussa kommutaattorissa muodostetaan puu, jonka juuri on.

VLAN -yhteensopivilla Cisco -kytkimillä STP toimii oletusarvoisesti itsenäisesti jokaisessa virtuaaliverkossa.

STP:n lisäksi kytkimet voivat käyttää muitakin menetelmiä silmukoiden havaitsemiseen ja eliminointiin - esimerkiksi vertaamalla eri porttien kytkentätaulukoita (MAC-osoitteiden luetteloita) tai vertaamalla ohitettujen pakettien tarkistussummia (vastaavuus tarkoittaa samoja paketteja, jotka näkyvät silmukoiden takia). Verrattuna kuvattuihin menetelmiin, jotka satunnaisesti (tai joidenkin arvausten perusteella) estävät "kaksoiskappaleet" -protokollan, STP-protokolla tarjoaa koko segmentin puurakenteen, jossa on mikä tahansa määrä redundantteja linjoja mielivaltaisten STP:tä tukevien kytkimien välillä.

Kuinka se toimii

  1. Yksi juurisilta valitaan ( englanniksi  Root Bridge ).
  2. Seuraavaksi jokainen kytkin laskee lyhimmän polun juureen. Vastaavaa porttia kutsutaan juuriportiksi ( englanniksi  Root Port ). Missä tahansa ei-juurikytkimessä voi olla vain yksi juuriportti.
  3. Tämän jälkeen jokaiselle verkkosegmentille, johon on liitetty useampi kuin yksi silta (tai yhden sillan useita portteja), lasketaan lyhin polku juurisillalle (porttiin). Silta, jonka kautta tämä polku kulkee , määrätään tälle verkolle ( englanniksi nimetty silta ) ja vastaava portti - nimetty portti ( englanniksi osoitettu portti ).  
  4. Lisäksi kaikissa segmenteissä, joihin on liitetty useampi kuin yksi siltaportti, kaikki sillat estävät kaikki portit, jotka eivät ole juuriportteja ja jotka eivät ole osoitettuja. Tuloksena on puurakenne (matemaattinen graafi ), jonka kärkipiste on juurikytkimen muodossa.

Peruskäsitteet

Lähetysnopeus ja polun hinta

Lähetysnopeus Hinta (802.1D-1998) Hinta ( 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 neljä 20 000
2 Gbps 3 10 000
10 Gbps 2 2000

Tärkeitä sääntöjä

  1. Juuriportille määrätään portti, jolla on alhaisin polkuhinta.
  2. Saattaa olla tapauksia, joissa kytkimen kahden tai useamman portin kautta kulkevan polun hinta on sama, jolloin juuriportin valinta tapahtuu portin prioriteetin ja sarjanumeron perusteella (pienin lähettäjän portin tunnus). ) saatu naapureista [2] , esimerkiksi fa0/1 , fa0 /2, fa0/3 ja root ovat pienimmän numeron omaava portti.
  3. Kytkimet eivät oletuksena mittaa verkon kuormitustilaa reaaliajassa ja toimivat liitäntöjen kustannusten mukaan STP-puun rakentamishetkellä.
  4. Jokaisella portilla on oma kustannus (kustannus), joka on kääntäen verrannollinen portin kaistanleveyteen (kaistanleveys) ja joka voidaan määrittää manuaalisesti.
  5. Kaikki STP:n portit käyvät läpi peräkkäin 4 tilaa: esto (BPDU:iden kuuntelu ilman datan lähettämistä), kuuntelu (BPDU:iden kuuntelu ja välittäminen), oppiminen (tietojen vastaanotto, MAC-taulukoiden päivittäminen), edelleenlähetys (portin toimintatila). Oletusväleillä portin edelleenlähetys alkaa 30 sekunnin kuluttua.

  • Kun verkon kytkimet on kytketty päälle, jokainen kytkin pitää itseään oletuksena juurina (root).
  • Jokainen kytkin alkaa lähettää Hello BPDU -paketteja 2 sekunnin välein kaikissa porteissa.
  • Jos silta vastaanottaa BPDU :n, jonka siltatunnus on pienempi kuin sen oma, se lopettaa omien BPDU:iden luomisen ja alkaa välittää BPDU:ita tällä tunnuksella. Siten tähän Ethernet-verkkoon jää lopulta vain yksi silta, joka jatkaa omien BPDU:idensa tuottamista ja lähettämistä. Siitä tulee juurisilta .
  • Loput sillat välittävät juurisillan BPDU:n lisäämällä niihin oman tunnuksensa ja kasvattaen polkukustannuslaskuria.
  • Jokaiselle verkkosegmentille, johon on liitetty kaksi tai useampia siltaportteja, määritellään portti - portti, jonka kautta juurisillalta tulevat BPDU:t tulevat tähän segmenttiin.
  • Sen jälkeen kaikki portit segmenteissä, joihin on liitetty vähintään 2 siltaporttia, estetään, paitsi juuriportti ja määrätty portti.
  • Juurisilta lähettää edelleen Hello BPDU:t 2 sekunnin välein.

Portit

Jokainen STP:hen osallistuva portti voi toimia yhdessä seuraavista tiloista (rooleista):

Evoluutio ja laajentuminen

Rapid STP (RSTP) on merkittävä parannus STP:hen. Ensinnäkin on huomioitava konvergenssiajan lyheneminen ja korkeampi vakaus. Tämä saavutetaan suurelta osin Cisco Systemsin STP:n laajennuksina käyttämien ideoiden ansiosta. RSTP on kuvattu IEEE 802.1w -standardissa (sisällytetty myöhemmin standardiin 802.1D-2004).

Rapid STP on STP-yhteensopiva - jos laite käyttää STP:tä, RSTP käyttää myös STP:tä kyseisen laitteen kanssa, mutta tässä tilassa voi olla, että RSTP:n läsnäolo muissa laitteissa ei tarjoa etuja STP:hen verrattuna.

VLAN-kohtainen STP (PVSTP), kuten nimestä voi päätellä, laajentaa STP:n toimintoja VLAN -verkkojen käyttöön . Tämän protokollan puitteissa jokaisessa VLANissa toimii erillinen STP-esiintymä. Se on Ciscon kehittämä laajennus . Aluksi PVST-protokolla toimi vain ISL - runkojen kautta, sitten kehitettiin PVST + -laajennus, jonka ansiosta se pystyi toimimaan paljon yleisempien 802.1Q - runkojen kautta. On toteutuksia, joissa yhdistyvät PVST+:n ja RSTP:n ominaisuudet, koska nämä laajennukset vaikuttavat protokollan itsenäisiin osiin, mikä johtaa (Ciscon terminologiassa) Rapid PVST+:aan. PVST+ on yhteensopiva STP:n kanssa ja jopa viestii "kautta" kytkimien kautta, jotka eivät tue PVST+:aa tai Rapid PVST+:aa käyttämällä monilähetyskehyksiä. Cisco Systems suosittelee kuitenkin, että et yhdistä eri valmistajien kytkimiä samassa verkossa, jotta vältytään yhteensopivuusongelilta eri STP-toteutusten ja -muunnelmien välillä.

Yllä olevat STP-protokollien muunnelmat voidaan luokitella STP-ilmentymien lukumäärän mukaan siinä tapauksessa, että VLAN-verkkojen lukumäärä on enemmän kuin yksi. On olemassa protokollamuunnelmia, joissa kaikilla VLAN:illa on yksi STP-ilmentymä (itse asiassa STP, RSTP), ja muunnelmia, joissa jokaisella VLAN:lla on oma STP-esiintymä (PVST, PVST+, Rapid PVST+).

Eräs eri STP-ilmentymien variaatioiden redundanssi jokaiselle VLANille on se, että jos useiden VLAN-verkkojen topologia on sama, vastaavat STP-instanssit toistavat täysin toistensa työtä. Tässä tapauksessa periaatteessa tarpeeton toistensa STP-esiintymien moninkertaistaminen muuttuu tarpeettomaksi lisäkuormitukseksi kytkinprosessorille ja saattaa viime kädessä pakottaa laitteistosuunnittelijat valitsemaan tehokkaamman prosessorin, jolla on korkeampi virrankulutus sen vakaan toiminnan varmistamiseksi. joka voi aiheuttaa lisäkustannuksia tehonsyötölle ja jäähdytykselle sekä laitteiden valmistuksessa että käytössä.

Tässä suhteessa Multiple STP (MSTP) erottuu muista . Yhdessä MSTP-ilmentymässä voidaan sisällyttää useita VLAN-verkkoja, mikäli niiden topologia on sama (VLAN-verkkoon sisältyvien kytkimien ja niiden välisten yhteyksien osalta). MSTP-ilmentymien vähimmäismäärä vastaa topologisesti ainutlaatuisten VLAN-ryhmien määrää toisen tason toimialueella (jälleen kytkimien ja niiden välisten yhteyksien tasolla). MSTP asettaa tärkeän rajoituksen: kaikilla MSTP:hen osallistuvilla kytkimillä on oltava samat konfiguroidut VLAN-ryhmät (MST-instanssit), mikä rajoittaa joustavuutta verkkomäärityksiä muutettaessa.

MSTP on kuvattu IEEE 802.1s -standardissa (sisällytetty myöhemmin standardiin 802.1Q-2003).

Shortest Path Bridgeging (SPB)

Shortest Path Bridging (SPB) IEEE 802.1aq voittaa estorajoitukset.

Luontihistoria

Radia Perlman kehitti STP:n takana olevan algoritmin vuonna 1985 . Hänelle annettiin viikko aikaa kehittää algoritmi. Hän teki sen 1 päivässä, ja jäljellä olevana aikana hän kuvaili algoritmia runon muodossa [3] :

Luulen, etten tule koskaan näkemään
puuta kauniimpaa kuvaajaa.
Puu, jonka tärkein ominaisuus
on silmukaton yhteys.
Puu, jonka täytyy olla varma, että
paketit voivat tavoittaa kaikki lähiverkot.
Ensin on valittava juuri.
Tunnuksella se valitaan.
Halvimpien kustannusten polut juurelta jäljitetään.
Nämä polut on sijoitettu puuhun.
Minun kaltaiset ihmiset tekevät verkon, sitten
sillat löytävät ylittävän puun.

- Radia Joy Perlman

Muistiinpanot

  1. ↑ Verkkosilta . Käyttöpäivä: 18. tammikuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 18. tammikuuta 2015.
  2. ↑ 802.1d-STP . Haettu 17. maaliskuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 2. huhtikuuta 2015.
  3. ↑ Algoritmi hajautetun puun hajautettuun laskemiseen laajennetussa lähiverkossa  (linkki ei saatavilla) , Radia Perlman (DEC), 1985

Linkit