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なんえ?なんえ?

記憶の片隅として利用

ネスぺ勉強_STP

とは


STP(Spanning Tree Protocol/スパニングツリープロトコル)。業務で触る機会が無かったので、正直きちんと理解できていない。故に、ネスぺの過去門が解けない。きちっと理解しようと。で、頭を整理して出力する。
STPはループ状のL2ネットワークでループを防止するプロトコルIEEE802.1Dで標準化。

ブリッジID


ブリッジIDはスイッチ自身のブリッジIDのこと。ブリッジIDは
- 2byte : ブリッジプライオリティ
- 6byte : MACアドレス
= 計8byteで構成されている。
STPでは、ブリッジIDの情報でスイッチを識別しており、ブリッジIDが最も小さい値のスイッチがルートブリッジと呼ばれ、ツリーの中心となる。

パスコスト


処理の流れ


  1. ループ構成をツリー状にするために、ツリー状の中心となるルートブリッジを選出する

・ 条件:ルートブリッジにはブリッジIDが最も小さいスイッチが選出される
・ フロー:STPが有効なスイッチはBPDUを送信する→BPDUにはブリッジIDが入っている→隣接スイッチから受信したBPDUのブリッジIDと自身のブリッジIDを比較→ブリッジプライオリティ値を比較→値が同じであればMACアドレスを比較→結果、ルートブリッジ選出

  1. 続いてルートポート(RP)を選出する ルートポートはルートブリッジに最も近いポートのこと。非ルートブリッジごとに1ポートがルートポートとなる。

・条件:ルートブリッジに至るパスコストが最も小さいこと(ルートブリッジに至るパスコストの合計値の事をルートコストと言う) パスコストは帯域幅で異なる。10Gbpsは2,1Gbpsは4,100Mbpsは19,10Mbpsは100。 ※ 各スイッチのルートポートのルートパスコスト→送信元ブリッジID→送信元ポート番号の順で比較

・フロー:ルートブリッチを起点にコストを計算していく。

  1. 続いて指定ポート(DP)の選出 指定ポートは各リンク(セグメント)でルートブリッジに最も近いポート。

<条件>
・ 各リンクごとに1ポートが指定ポート ・ ルートブリッジの全てのポートは必ず指定ポートになる ・指定ポートは「最も小さいルートパスコストのルートポートを持つスイッチ側のポート」が指定ポートになる ※ 各スイッチのルートポートのルートパスコストを比較→ルートパスコストが同じであればブリッジIDを比較

  1. 続いて非指定ポート(NDP)の選出 ルートポート、指定ポートにも選出されなかった残りのポートが非指定ポートとなる。いわば、データフレームは送受信されない(BPDUは受信する)ブロッキング状態のポート。

ポート状態


STPが有効なスイッチの起動時は次の順番でポート状態が遷移している。起動後すぐにフレームをフォワードするとループするから。

  1. ブロッキング : BPDUの受信のみ行う状態 →最大エージ20秒

  2. リスニング : BPDUを送受信し合い、各ポートの選出を行っている状態 →転送遅延15秒

  3. ラーニング : 非指定ポートになれば即ブロッキングへ。MACアドレスを学習しているが、データ転送しない状態 →転送遅延15秒

  4. フォワーディング : ポートが最終的にルートポートor指定ポートになった状態。フレーム転送開始。

コンバージェンス


STPは2秒毎にBPDUをルートスイッチから下流の非ルートブリッジに転送してツリー状で見ている。最大エージ20秒があるので、障害箇所で収束までの時間が異なる。

スパニングツリーのトポロジー: CST


VLAN数に関わらず、全体で1つのトポロジとなる。

PVST+


PVST+(Per-VLAN Spanning Tree Plus)と読む。VLAN単位で STP を構成/設定可能。したがい、VLAN10はSwitch1がルートブリッジであったり、VLAN20ではSwitch2がルートブリッジになる設定可能。

PVST+のブリッジIDは以下の通り。 ・ ブリッジプライオリティ : 4bit ・ 拡張システムID : 12bit ※ ここにVLAN情報が含まれる ・ MACアドレス : 48bit

PVST+のブリッジIDはブリッジプライオリティ+拡張システムIDの合計がプライオリティとなる。
今は、RSTP(Rapid PVST+)を使用するのが一般的。

RSTP


RSTP(Rapid Spanning Tree Protocol)はSTPの改良版プロトコルIEEE802.1Dで標準化。

<STPとRSTPの違い>
・ 非指定ポート(NDP)ポートは存在しない ・ 代替ポートとバックアップポートが存在する

<特徴>
1. トポロジー変更発生でも数秒で以内でツリー再構成収束。
2. ツリーは、ルートブリッジ選出→ルートポート選出→指定ポート選出→代替ポート選出の順番で構成される
3. ポートの役割には、ルートポート・指定ポート・代替ポート・バックポートの4つが存在する
4. ポートの状態は、ディスカーティング・ラーニング・フォワーディングの3つのステータスが存在する
5. RSTPはSTPと下位互換性があり、RSTPモードのスイッチとSTPモードのスイッチを相互接続可能
6. RSTPはプロポーザル(提案)とアグリーメント(合意)メッセージをBPDUに含めてネゴシエーションする

<ポートの役割> ・ ルートポート : STPと同じ。RP(Root Port)
・ 指定ポート: STPと同じ。DP(Designated Port)
・ 代替ポート:ルートポートのバックアップ用のポート。ルートポートのリンクダウン時に即座にルートポートの役割を引き継ぎフォワーディングになる。代替ポートはルートポート指定ポートに選出されなかったポートなのでSTPでいう非指定(NDP)ポートとなる。AP(Alternate Port)
・ バックアップポート:指定ポートのバックアップとなるポート。指定ポートがリンクダウンした場合、即座に指定ポートの役割を引き継ぎ、フォワーディグになる。BP(Backup Port)