6. Улучшение производительности и надежности с помощью объединения портов

Объединение нескольких физических соединений между портами двух коммутаторов в одно виртуальное обеспечивает многократное увеличение скорости передачи данных и резервирование канала передачи.

7. Spanning Tree Protocol (stp)

Коммутаторы позволяют строить высокоэффективные быстрые сети, организованные в сложные иерархические структуры с древовидной топологией. Поддержание правильной структуры такой сети в процессе эксплуатации является достаточно сложной задачей, поскольку на практике структура сети никогда не бывает статичной. Добавляются или убираются отдельные узлы или сразу целые сегменты сети.

Появление любого незапланированного соединения и, как следствие, петлевых маршрутов в сети, построенной на устройствах 2-го уровня чревато очень тяжелыми последствиями: заголовок кадра (в отличии от пакетов сетевого уровня) не несет никакой информации о пройденном пути или времени жизни после отправки и поэтому «заблудившиеся» кадры могут путешествовать неограниченно долго. В такой ситуации в сети начинает циркулировать огромное количество широковещательных пакетов, пути движения пакетов с уникальными адресами становятся непредсказуемыми. Пользователям хотелось иметь инструменты для предотвращения таких неприятностей.

С другой стороны дублирующие соединения в сетевой среде могут быть очень полезны если их рассматривать как запасные маршруты и использовать только при нарушении функционирования основных.

Протокол STP – протокол построения связывающего дерева обеспечивает механизм динамического построения топологии сети без «петель». Данный протокол оформлен стандартом IEEE 802.1D. Он работает при помощи передачи между коммутаторами специальных сообщений. Такие специальные сообщения называются конфигурационными BPDU (Bridge Protocol Data Units – единица обмена данными протокола конфигурирования мостов).

Обмен BPDU обеспечивает выполнение следующей последовательности действий:

• Коммутаторы выбирают между собой один «корневой» (root) коммутатор;

• Каждый коммутатор, которому не повезло оказаться корневым, вычисляет кратчайший путь к корневому и определяет порт, через который проходит такой путь. Этот порт получает статус «корневого порта» (root port).

• Для каждого сегмента сети ищется ближайший корневой порт. Коммутатор, в котором находится ближайший корневой порт для данного сегмента получает статус «назначенного коммутатора», а порт этого коммутатора, через который к нему подключен сегмент - статус «назначенного порта».

• На последнем этапе все порты, не получившие статус корневых или назначенных, блокируются.

В результате логическая структура сети определяется в виде дерева, начинающегося от корневого коммутатора.

Протокол STP умеет работать и в случае наличия нескольких VLAN. Поскольку виртуальные сети с точки зрения распространения широковещательного трафика изолированы друг от друга, связывающее дерево строится для каждой VLAN независимо.

7.1 Процедура выбора корневого коммутатора

Каждому коммутатору, подключаемому к сети в которой для определения логической структуры используется STP, администратором назначается специальный уникальный идентификатор BID (bridge ID). Этот идентификатор имеет длину в 8 байт. Первые 2 байта – поле приоритета. По умолчанию его значение 32768 (1000 0000 0000 0000 в двоичном виде). В качестве следующих 6 байт идентификатора используется MAC адрес коммутатора.

Корневым выбирается коммутатор с самым маленьким значением поля приоритета, поэтому если администратор планирует использовать некий коммутатор в роли корневого, он должен назначить ему некоторое значение приоритета, меньшее значения по умолчанию. Если значения полей приоритета окажутся равными, то сравниваются MAC адреса и в качестве корневого выбирается коммутатор с меньшим их значением.

При подключении нового коммутатора к сети он по умолчанию позиционирует себя как корневой и рассылает BPDU со своим BID всем соседям. Если вы были не аккуратны при задании значения приоритета или вы используете значения этого поля по умолчанию для всех коммутаторов сети, то возможно весьма серьёзное перестроение её логической структуры.

Рассылка BPDU осуществляется всем соседним коммутаторам с интервалом в 2 секунды и продолжается постоянно, если на коммутаторе включен протокол STP. В рассылаемых BPDU указывается BID отправившего их коммутатора, BID коммутатора, который с точки зрения отправителя является корневым (коммутатор с наименьшим известным на текущий момент BID) и стоимость пути до этого корневого коммутатора от отправителя. При включении коммутатора эти два BID совпадают. Если же на какой либо из его портов приходит BPDU с меньшим значением BID корневого коммутатора, оно прописывается в качестве BID нового корневого коммутатора с указанием стоимости пути до него. Далее в BPDU уже указывается этот новый корневой коммутатор и стоимость пути до него. Таким образом информация о коммутаторе с минимальным BID постепенно распространяется по сети.

Поскольку до завершения процедуры построения дерева связей вероятно наличие петель и неоднократное перестроение структуры сети, все порты коммутаторов в течении 20 секунд после обнаружения изменений в топологии сети обрабатывают только BPDU кадры и отбрасывают все остальные. Данный интервал выбран из расчета, что даже в сетях, где самый длинный путь предполагает прохождение через 7 коммутаторов (используется термин "диаметр сети 7"), процедура STP будет завершена полностью.

Стоимость пути при этом не играет никакой роли в процедуре выбора корневого коммутатора. Она будет учитываться позже при выборе кратчайшего пути к нему.