13. Протокол stp (Лекция 11)

Кольцевое соединение между коммутаторами в Ethernet:

Такая сеть не может работать, т.к. наступает широковещательный шторм. Рассмотрим, как он образуется:

На порт одного из коммутаторов поступает кадр и коммутатор не знает MAC адрес получателя, поэтому передает кадр на все свои оставшиеся порты. Компы отбросят ненужные им пакеты, но у нас к 2 портам коммутатора присоединены другие коммутаторы и кадр по ним попадет на 2 других. У этих коммутаторов тоже нет информации о MAC адресе получателя, и они передает данные на все порты. Далее кадр попадет на порты другого коммутатора. Интересно то, что это будут уже 2 КОПИИ одного и того же кадра. Коммутатор не может определить это 2 копии или разные кадры, просто с одним адресом получателя, поэтому каждый кадр будет передан на все порты, при этом даже на те порты, откуда пришли кадры. Так кадры будут ходить по кругу и сеть окажется неработоспособной.

На помощь приходит протокол STP:

Протокол STP находится на канальном уровне в модели OSI (т.к. реализуется на коммутаторах).

Рассмотрим на примере работу протокола:

Одно из соединений будет отключено на программном уровне. Но в случае, если одно из соединений разорвется, протокол STP может автоматически восстановить неиспользуемое ранее соединение:

Работа протокола состоит из 3х этапов:

1) выбор корневого коммутатора.

2) Определяются кратчайшие пути до корневого коммутатора.

3) Отключаются все остальные соединения.

Для того, чтобы реализовать протокол STP, коммутаторы обмениваются между собой сообщениями, которые называются BPDU (bridfe protocol data units). Такие сообщения отправляют все коммутаторы в сети, поддерживающие протокол STP, каждые 2 секунды. В качестве MAC адреса получателя используется групповой адрес STP

Все коммутаторы с STP принимают и обрабатывают кадры, которые приходят на этот групповой адрес.

Теперь подробно по этапам:

1) выбор корневого коммутатора.

В качестве корневого принимается тот коммутатор, идентификатор которого минимален. В качестве идентификатора коммутатора используется его MAC адрес, но можно и вручную настроить этот параметр (чтобы выбрать для этой цели самый мощный коммутатор).

Для простоты на рисунке идентификаторы в виде цифр и будет выбран первый в качестве корневого.

Изначально сеть не знает, какой коммутатор корневой, и каждый коммутатор, считая себя корневым, отправляет в сеть об этом сообщение. Получив от соседних коммутаторов такие сообщения, каждый из них сравнивает идентификатор из сообщения со своим (например, второй получил сообщения от 4 и от 1 коммутатора, сравнил все и понял, что минимален тут 1 коммутатор и он сам не корневой). Далее коммутаторы рассылают сообщение уже не со своим номером, а с минимальным, которые узнали от соседей. Когда все поймут кто корневой, тогда этот этап заканчивается.

2 этап – расчет кратчайших путей.

Расстояние между коммутаторами определено в стандарте IEEE 802.1D

Проверяется скорость соединения между корневым и ближайшими коммутаторами, по таблице смотрим, какая цифра соответствует указанной скорости (в примере 1Гбит/с), далее так же, но уже суммируя результат и получается общее расстояние.

Далее отключается самый длинный путь, но у нас в примере они одинаковые – выбираем тот, у которого больше номер порта:

Для того, чтобы избежать проблему создания новых колец при подключении новых коммутаторов, коммутаторы с STP используют несколько режимов работы портов:

Коротко – подключили новый коммутатор, он в режиме Listening, когда он понял иерархию, он в режиме Learning, когда он понял, как там все соединено, при отсутствии колец режим Forwarding, при кольце – Blocking.

Для MSTP для каждого VLAN деревья строятся отдельно.