7. Протокол stp

   1. Запобігання утворенню петель комутації

      1. Резервування в мережі

Сучасні підприємства усе більше покладаються на мережі, іноді від мереж залежить саме їх існування. Мережа – життєво важлива комунікація для багатьох організацій. Простій мережі перетворюється у катастрофічні втрати для бізнесу і довіри замовників.

Відмова одного мережевого каналу, одного пристрою чи навіть важливого порта комутатора може стати причиною простою мережі. Щоб виключити критичні точки відмови і забезпечити високу надійність, у мережеву архітектуру необхідно ввести резервування. Резервування реалізується шляхом встановлення дубльованого обладнання та мережевих пристроїв на важливих ділянках.

Іноді повне резервування всіх каналів і пристроїв стає невиправдано дорогим. Мережеві інженери часто змушені шукати компроміс між витратами на резервування і вимогами до доступності мережі.

Резервування означає наявність двох різних шляхів до одного місця призначення. Якщо один шлях заблокований, другий залишається доступним.

Резервування комутаторів реалізується шляхом створення декількох каналів між ними. Резервні канали в мережі знижують перевантаження і підтримують високу доступність і розподіл навантаження.

2. Вплив режимів передачі трафіку

Однак з'єднання комутаторів може стати причиною проблем. Зокрема, широкомовна природа трафіку Ethernet приводить до утворення петель комутації. Широкомовні кадри циклічно поширюються у всіх напрямках, викликаючи «шторм» широкомовних пакетів. Широкомовні шторми займають усю доступну смугу пропускання, блокують створення нових мережевих підключень і розривають існуючі підключення.

Широкомовні шторми – не єдина проблема, обумовлена резервними каналами в комутованій мережі. Кадри одноадресного пересилання можуть викликати такі проблеми, як множинна передача кадрів і нестабільність бази даних MAC-адрес.

Множинна передача кадрів

Якщо вузол посилає одноадресний кадр вузлу призначення і MAC-адреса не представлена в жодній з таблиць MAC-адрес підключених комутаторів, усі комутатори виконують лавинне розсилання цього кадру з усіх портів. У мережі з петлями кадр може повернутися до вихідного комутатора. Цей процес повторюється, що приводить до утворення декількох копій кадру в мережі. В результаті вузол призначення отримує кілька копій кадру. Це стає причиною трьох проблем: неефективна витрата смуги пропускання, неефективна витрата циклів ЦП і дублювання трафіку.

Нестабільність бази даних MAC-адрес

Комутатори в резервованій мережі можуть отримувати невірні дані про місцезнаходждення вузла. Якщо в мережі присутня петля, один комутатор може зв'язати MAC-адресу призначення з двома портами. Це приведе до плутанини і неоптимального пересилання кадрів.

2. Протокол stp (Spannіng Tree Protocol)

Протокол STP забезпечує механізм відключення резервних каналів в комутованій мережі. STP дозволяє використовувати резервування, необхідне для надійної експлуатації, без створення петель комутації. STP ґрунтується на відкритих стандартах і використовується для створення логічної топології без петель комутації.

Протокол STP відносно самодостатній і вимагає мінімального налаштування. При першому включенні комутатори з підтримкою STP перевіряють мережу на наявність петель. Комутатори при виявленні петлі, блокують деякі з підключених портів, залишаючи інші порти активними для пересилання кадрів.

STP задає дерево, що охоплює всі комутатори в топології “розширена зірка”. Комутатори постійно перевіряють мережу, щоб гарантувати відсутність петель і ефективну роботу всіх портів.

Щоб запобігти утворенню петель, протокол STP:

• переводить частину інтерфейсів в резервний або заблокований режим;

• залишає інші інтерфейси в режимі пересилки;

• переналаштовує мережу, активуючи відповідний резервний шлях, якщо шлях пересилки стає недоступним.

У термінології STP термін “комутатор” часто замінюється терміном “міст”. Наприклад, кореневий міст – це основний міст або центральна вузол в топології STP. Кореневий міст взаємодіє з іншими комутаторами за допомогою блоків даних протоколу моста (BPDU – bridge protocol data unit). BPDU – це кадри, що розсилаються іншим комутаторам кожні 2 секунди. BPDU містять наступні відомості:

• ідентифікатор комутатора-джерела;

• ідентифікатор порту-джерела;

• сукупна вартість маршруту до кореневого моста;

• значення таймерів старіння;

• значення таймера “вітання”.

При включенні комутатора кожен порт проходить через послідовність з 4 режимів: блокування, прослуховування, навчання і пересилання. П’ятий режим, “відключений”, вказує на те, що адміністратор відключив порт комутатора.

Порт послідовно проходить через ці режими, при цьому колір світлодіодних індикаторів змінюється від мерехтливого жовтогарячого до немерехтливого зеленого. Проходження через режими STP може зайняти до 50 секунд, після чого комутатор буде готовий до пересилання кадрів.

При включенні комутатор переходить у режим блокування, щоб запобігти негайному утворенню петель. Потім він переходить у режим прослуховування, в якому приймає BPDU від сусідніх комутаторів. Після обробки цієї інформації комутатор визначає, які порти можуть пересилати кадри, не формуючи петлі. Якщо порт може пересилати кадри, він переходить у режим навчання, а потім у режим пересилання.

Порти доступу не утворюють петель в мережі і завжди переходять у режим пересилання при підключенні вузла. Транкові порти можуть утворювати петлі і переходити в режим блокування або навчання.