1) Вибір кореневого комутатора

Зразу після завантаження кожен міст вважає себе кореневим. Всі мости починають обмінюватись BPDU (за замовчанням кожні 2 секунди). Під час такого обміну міст з найменшим значенням ідентифікатора комутатора призначається кореневим. Зазначимо, що усі мости за замовчанням мають ідентифікатори 32768.МАС, а  отже найменший ідентифікатор матиме міст з мінімальною МАС-адресою. При цьому як кореневий може бути вибрано будь-який міст, який може не бути „центром” мережі. Для раціонального вибору кореневого моста варто змінити (зменшити) пріоритет (значення старших двох байтів ВID) в того моста, який за бажанням адміністратора повинен стати кореневим.

2) Вибір кореневих портів

Кожен некореневий міст повинен мати кореневий порт. Як кореневий порт вибирається той порт, що має найменшу кореневу вартість. Коренева вартість  це загальна вартість маршруту від даного порта до кореневого комутатора і обчислюється як сума умовних часів тих сегментів через які проходить шлях від даного порта до кореневого комутатора.

Вартість каналу сегмента  це величина обернена до пропускної спроможності каналу. Значення вартостей каналів, залежно від їх пропускної спроможності наведені у таблиці 2.1.

 

Таблиця 6.1  Значення вартості шляху для деяких пропускних спроможностей каналів.

Пропускна спроможність каналу (Мбіт/с)	Вартість шляху	Пропускна спроможність каналу (Мбіт/с)	Вартість шляху
10	100	155	14
16	62	622	6
45	39	1000	4
100	19	10000	2

 

Якщо кілька портів мають однакову кореневу вартість – то вибирається порт з найменшим значенням ідентифікатора.

3) Вибір призначених портів.

Для кожного сегмента протокол STP вибирає один призначений порт. Призначеним портом стає той, який має найменшу оцінку маршрута до кореневого комутатора. Комутатор, у якого вибрано призначений порт для даного сегмента називається призначеним комутатором.

У кореневого комутатора усі порти є призначеними (виключенням є лише ситуація, коли деякі порти кореневого комутатора утворюють фізичні петлі).

Порти, що не стали кореневими та призначеними – блокуються і здійснюють логічне різірвання петель у мережі.

 

Математично доведено, що в результаті функціонування даного алгоритму для мережі отримуємо покриваюче дерево.

 

Приклад роботи протоколу STP

Р озглянемо покроково роботу протколу STP на прикладі простої мережі, наведеної на рисунку 6.4.

1.                                                  Вибір кореневого комутатора. Оскільки пріоритети трьох мостів однакові (32768), то кореневим стає міст з найменшою МАС-адресою, тобто містCat A.

2.                                                  Вибір кореневих портів. Оскільки кожен некореневий міст повинен вибрати хоча б один кореневий порт, що має найменшу кореневу вартість, то такими кореневими портами стануть порти 1/1 мостів Cat В таCat C, оскільки коренева вартість кожного з них дорівнює 19 (кореневі вартості портів 1/2 мостів Cat В та Cat C дорівнюють 19+19=38).

3.                                                  Вибір призначених портів. Оскільки кожен сегмент у мережі повинен мати один призначений порт, то такими портами, для лівого і правого сегментів мережі стають відповідно порти 1/1 і 1/2 моста Cat A (оскільки мають найменшу кореневу вартість). Для нижнього сегменту призначеним бути обрано порт 1/2 моста Cat В. Це пояснюється тим, що кореневі вартість портів 1/2 мостів Cat В та Cat С мають однакове значення 19. В такому випадку вирішальним фактором стає значення ідентифікатора відпраника, а ідентифікатор моста Cat В менший ніж моста Cat С. Порт, що залишився (порт 1/2 моста Cat С) стає непризначеним і переходить у стан блкування.  Отже, тепер у мережі логічно розірвано петлю.

 

Послідовність станів портів для STP

Є п’ять основних станів портів [1, 5, 14]

1.           У стані блокування користувацькі фрейми не пересилаються, прослуховуються модулі BPDU.

2.           У стані прослуховування фрейми користувачів не пересилаються, але прослуховуються. У цьому стані відбувається вибір кореневого коммутатора, кореневих та призначених портів.

3.           У стані вивчення топології фрейми користувачів не пересилаються, але вивчаються адреси інших пристроїв та заповнюється таблиця МАС-адресів.

4.           У стані пересилання фрейми користувачів пересилаються, а також вивчаються адреси інших пристроїв та заповнюється таблиця МАС-адресів.

5.           У стані відключення фрейми користувачів та BPDU не пересилаються.

На рис. 6.5 наведено послідовність портів на яких працює протокол STP [2].

 

Рисунок 6.5  Послідовність станів портів для протоколу STP

 

Спочатку усі порти комутатора знаходяться у стані блокування. Для переходу у стан пересилання потрібен час від 30 до 50 с.

Якщо порт під’єднано до кінцевих вузлів (не зв’язаний з іншими комутаторами)  то для прискорення часу його переведення у стан пересилання на порту слід включити функцію швидкого порта (portfast). Тоді, при активізації порта він автоматично переходить зі стану блокування у стан пересилання. Це стає можливим завдяки тому, що такі порти не можуть спричинити виникнення петель.

 

Розширення протоколу STP

Простокол STP має ряд обмежень та недоліків, наприклад, повільний час конвергенції мережі, необхідність перерахування дерева при кожній зміні топології мережі тощо. З метою усунення цих недоліків було розроблено ряд інших протоколів. В даному посібнику ми не будемо розглядати основи роботи цих протоколів, а лише перерахуємо основні з них [4, 14].

Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP)

Rapid STP (RSTP) ( це суттєво вдосконалений STP. Описаний у стандарті  IEEE  802.1w (вподальшомувключений у 802.1D-2004). Серед його переваг слід відзначити зменшення часу збіжності та більшу стійкість.

Per-VLAN Spanning Tree (PVST)

Per-VLAN STP (PVSTP) розширює функціональність STP у мережах з VLAN. Тут у кожному VLAN працює окремий екземпляр STP. Спершу цей протокол працював лише через ISL-транки, потім було розроблено розширення PVST+, яке дозволяло працювати через 802.1Q-транки, котрі використвуються набагато частіше ніж ISL.

Є реалізації rapid-pvst. Вони об’єднують властивості PVST+ і RSTP.

Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP)

Multiple STP (MSTP) є найсучаснішою стандартною реалізацією STP, що враховує усі переваги та недоліки попередніх рішень. MSTP описаний у стандарті IEEE 802.1s (в подальшому включений у стандарт IEEE 802.1Q-2003).

На відміну від PVST+ (в якому число екземплярів зв’язуючого дерева дорівнює числу VLAN), MSTP передбачає конфігурування необхідної кількості екземплярів незалежно від числа VLAN) на комутаторі. В один екземпляр MST можуть входити декілька VLAN. Проте, усі комутатори, що беруть участь в MST, повинні мати однаково сконфігуровані групи VLAN, що обмежують гнучкість при зміненні конфігурації мережі.