8. Основы протокола распределенного связующего дерева

С появлением новых технологий и стандартов в индустрии компьютерных сетей в начале 90-х годов появились маршрутизаторы, и протокол STP отошел на второй план как менее важный протокол, который "просто работает". Тем не менее, технологии коммутации продолжали развиваться, и использование протокола STP стало одним из основных факторов, влияющих на производительность сети в целом.

Использование протокола STP в два раза уменьшает количество проблем, связанных с конфигурацией, поиском неисправностей и поддержкой реальных сетей. Профессионалы, хорошо разбирающиеся в устройствах и протоколах третьего уровня модели OSI, приступая к изучению технологии коммутации, обычно задаются вопросом о сложности протокола STP. Протокол STP достаточно сложен для понимания, и найти какую-либо информацию о современных его реализациях достаточно трудно.

Протокол STP позволяет мостам (или коммутаторам) общаться между собой для предотвращения проблем, связанных с физическими петлями в топологии сети. Ис-пользуемый мостами алгоритм создает беспетельную логическую топологию сети или, другими словами, протокол STP создает структуру в виде дерева с листьями и ветвями, полностью покрывающими инфраструктуру сети на втором уровне модели OSI. Большая часть главы будет посвящена обсуждению механизмов взаимодействия мостов и процессам протокола STP.

Петли возникают в сети по нескольким причинам. Основной причиной является ре-зультат намеренной попытки повысить надежность сети за счет избыточных соединений — в случае, когда канал или коммутатор вышли из строя, то оставшиеся работоспособные каналы или коммутаторы принимают на себя функции поврежденного. Не исключается ситуация, что петли могут возникнуть в результате ошибок администратора (несомненно, именно с вами никогда такого не случается)

· Протокол STP обнаруживает и предотвращает формирование мостовых петель второго уровня. Параллельные маршруты могут существовать, но передача фреймов допускается только по одному из них.

· Протокол STP основан на стандарте мостового протокола IEEE 802.ID.

· Коммутаторы запускают по одному экземпляру STP на каждую VLAN-сеть с помощью алгоритма PVST (Per- VLAN Spanning Tree — отдельные экземпляры распределенного связующего дерева для разных сетей VLAN). PVST-алгоритм между коммутаторами требует использования ISL-транкинга.

85 · В магистральных каналах IEEE 802.1Q разрешено использование только одного

экземпляра STP для всех сетей. Общее распределенное связующее дерево (Common Spanning Tree — CST) связывается посредством сети VLAN I.

· Функция PVST+ является частным расширением, созданным корпорацией Cisco, которое позволяет коммутаторам взаимодействовать между CST и PVST. Блоки данных мостового протокола (Bridge Protocol Data Units — BPDU) режима PVST отправляются по туннелю через магистральный 802.1О-канал. Коммутато-ры Catalyst стандартно используют режим PVST+.

· Многоэкземплярный протокол распределенного связующего дерева (Multiple Instance Spanning Tree Protocol — MISTP) также является частным протоколом корпорации Cisco, который допускает использование одного экземпляра STP для одной или нескольких VLAN-сетей посредством функции отображения (mapping). Такой подход позволяет ускорить конвергенцию с меньшей нагрузкой на процес-сор и меньшим количеством блоков BPDU. Протокол MISTP отбрасывает BPDU-блоки PVST+.

· MISTP-PVST+ — гибридный STP-режим, который используется для перехода ; между режимами PVST+ и MISTP в сети. BPDU-блоки обоих режимов распознаются и не уничтожаются.

· Множественные распределенные связующие деревья (Multiple Spanning Tree — MSI), основанные па стандарте IEEE 802.1s, расширяют ускоренный протокол распределенного связующего дерева (802. lw Rapid Spanning Tree Protocol — RSTP) до нескольких экземпляров STP.

oРежим MST обладает обратной совместимостью с STP-режимами 802.ID, 802. lw и PVST+.

oКоммутаторы, сконфигурированные с общими VLAN-назначениями и экзем-пляром STP, формируют отдельную MST-область (region).

oMST-структуры для обеспечения взаимодействия способны генерировать блоки BPDU PVST+.

oРежим MST поддерживает до 16 экземпляров STP.

· Коммутаторы отправляют BPDU-блоки через все порты по одному разу в течение каждого интервала hello-таймера (стандартно — 2 секунды).

· Блоки BPDU не перенаправляются коммутатором, они применяются только для дальнейшего вычисления и генерирования BPDU.

· Коммутаторы отправляют два типа BPDU-блоков: oконфигурационные сообщения BPDU;

86

oуведомления об изменении топологии (Topology Change Notification — TCN BPDU).

8.1. STP-процесс

1. Выбор корневого моста (root bridge). Коммутатор с наименьшим идентификатором моста становится корневым узлом распределенного связующего дерева. Идентификатор моста (bridge ID) составляется из двухбайтового значения приоритета и шестибайтового MAC-адреса. Приоритет может варьироваться от 0 до 65535, стандартное значение — 32768.

2. Выбор корневого порта (root port). Каждый некорневой коммутатор путем определе-ния порта с наименьшей стоимостью корневого маршрута выбирает корневой порт или порт, "ближайший" к корневому мосту. Значение стоимости транспортируется в составе блока BPDU. Каждый некорневой коммутатор маршрута добавляет стоимость своего локального порта, па котором принимается BPDU-блок. Стоимость корневого маршрута накапливается по мере создания новых BPDU-блоков.

3. Выбор назначенного порта (designated port). Один порт коммутатора в каждом се-тевом сегменте выбирается для обработки трафика данного сегмента. Порт, объявивший наименьшую стоимость корневого маршрута в сегменте, становится назначенным.

4. Удаление мостовых петель. Порты коммутатора, не являющиеся ни корневыми, ни назначенным, переводятся в состояние блокировки. На этом этапе уничтожаются все возможные мостовые петли.