Что такое и как настроить протокол STP (Spanning Tree Protocol) в Cisco

STP (Spanning Tree Protocol) — сетевой протокол (или семейство сетевых протоколов) предназначенный для автоматического удаления циклов (петель коммутации) из топологии сети на канальном уровне в Ethernet-сетях. Первоначальный протокол STP описан в стандарте 802.1D. Позже появилось несколько новых протоколов (RSTP, MSTP, PVST, PVST+), отличающихся некоторыми особенностями в алгоритме работы, в скорости, в отношении к VLANам и ряде других вопросов, но в целом решающих ту же задачу похожими способами. Все их принято обобщённо называть STP-протоколами.

Протокол STP в своё время был разработан мамой Интернета Радией Перлман (Radia Perlman), а позже, в начале 90х превратился в стандарт IEEE 802.1D.

В настоящее время протокол STP (или аналогичный) поддерживается почти всеми Ethernet-коммутаторами, как реальными, так и виртуальными, за исключением самых примитивных.

Алгоритм действия STP (Spanning Tree Protocol)

• После включения коммутаторов в сеть, по умолчанию каждый коммутатор считает себя корневым (root).
• Каждый коммутатор начинает посылать по всем портам конфигурационные Hello BPDU пакеты раз в 2 секунды, максимальный промежуток 20 секунд.
• Если мост получает BPDU с идентификатором моста (Bridge ID) меньшим, чем свой собственный, он прекращает генерировать свои BPDU и начинает ретранслировать BPDU с этим идентификатором. Таким образом в конце концов в этой сети Ethernet остаётся только один мост, который продолжает генерировать и передавать собственные BPDU. Он и становится корневым мостом (root bridge).
• Остальные мосты ретранслируют BPDU корневого моста, добавляя в них собственный идентификатор и увеличивая счетчик стоимости пути (path cost).
• Для каждого сегмента сети, к которому присоединены два и более портов мостов, происходит определение designated port — порта, через который BPDU, приходящие от корневого моста, попадают в этот сегмент.
• После этого все порты в сегментах, к которым присоединены 2 и более портов моста, блокируются за исключением root port и designated port.
• Корневой мост продолжает посылать свои Hello BPDU раз в 2 секунды.

BPDU кадр

Bridge Protocol Data Unit

• Protocol Identifier размер 2 байта
• Protocol Version Identifier размер 1 байт
• BPDU Type размер 1 байт
• Flags размер 1 байт
• Root Identifier размер 8 байт
• Root Path Cost размер 4 байт
• Bridge Identifier размер 8 байт
• Port Identifier размер 2 байт
• Message Age размер 2 байт
• Max Age размер 2 байт
• Hello Time размер 2 байт
• Forward Delay размер 2 байт

Вот как выглядит BPDU кадр STP

Состояния портов:

1. Блокировка (blocking)

2. Прослушивание (listening)

3. Обучение (learning)

4. Передача (forwarding)

Настройка stp

Обща схема примера работы и настройки STP. Два коммутатора соединенных двумя линками, видно то STP уже работает и один порт у второго коммутатора погашен чтобы не было петли

Посмотрим на первом коммутаторе настройки stp. Логинимся и вводим команду

Видим, что это рутовый коммутатор и все порты в состоянии передача.

Смотрим, тоже на втором коммутаторе.

Видим, что это не рутовый коммутатор. Интерфейс Fa0/2 является рутовым портом. Fa0/3 ждет в запасе.

Теперь предположим, что интерфейс Fa0/2 упал, что будет. Для примера выключим его. Заходим на 1 коммутатор.

Видим, что линк пропал

Зайдем в этот момент на второй коммутатор и посмотрим состояние портов.

Видим, что порт Fa0/3 в состоянии обучения

теперь в состоянии передачи, прошло около 20 секунд и линк поднялся.

Восстановим на первом коммутаторе Fa0/2 командой

И видим, что все мгновенно восстановилось.

Все же переключение в 20 секунд очень нехорошо, поэтому уже придуманы улучшенные версии протокола rstp и lacp, но о них в следующих публикациях.

Как настроить RSTP на коммутаторах Cisco

RSTP или как его еще называют в более развернутом виде Rapid spanning tree protocol, по сути тот же STP но более быстрый где время сходимости мгновение, вы потеряете один пакет.

Включить RSTP можно командой с режиме глобального конфигурирования, где нужно изменить режим на rapid-pvst.

Все теперь при падении одного линка, время схождения между коммутаторами будет 1 секунда, очень быстро, как видите RSTP, гораздо лучше STP и настраивается одной командой.

Материал сайта pyatilistnik.org