4.3. Протокол spt для мостов и коммутаторов
Функции обучения, фильтрации и передачи основаны на существовании одного логического пути между любыми двумя узлами сети. Наличие нескольких путей между устройствами, известных также как «активные петли», создает проблемы для сетей, построенных на основе мостов и коммутаторов. Под «активными петлями» понимаются логические и физические петли. Логические петли могут создаваться администратором сети специально для образования резервных связей.
Протокол STP [2] (в некоторых технических документах может встретиться название Spanning Tree Algorithm - STA) был разработан Digital Equipment Corporation, а впоследствии опубликован комитетом IEEE 802 в спецификации IEEE 802.1d. Основная цель разработки протокола была в устранении логических и физических петель в сетях, построенных с использованием мостов. Кроме того, протокол автоматически переконфигурирует сетевую топологию в случае обрывов линий связи или при аппаратных ошибках оборудования.
Принцип
действия протокола STP рассмотрим на
примере сети на рис. 5.6. Предположим, что
станция А генерирует широковещательное
сообщение. Оно будет получено коммутаторами
Б и В и передано соответственно друг
другу, как показано стрелками. После
получения сообщения эти коммутаторы
вновь перешлют его коммутатору А, и весь
цикл повторится вновь. Похожая проблема
возникает и в случае не широковещательного
трафика, если коммутаторы еще не построили
своих адресных таблиц. Решением проблемы
является удаление всех петель из сетевой
топологии с сохранением только одного
пути между каждыми двумя станциями.
Для того чтобы
протокол STP построил свободную от петель
сетевую топологию, необходима поддержка
стандарта IEEE 802.1d всеми коммутаторами
и мостами, работающими в сети. Для
функционирования протокола STP должен
существовать способ обмена информацией
между коммутаторами. Это достигается
с помощью специальных
пакетов
Bridge Protocol Data Unit (BPDU), которые помещаются
внутрь кадров канального уровня, например
кадров Ethernet или FDDI. При этом желательно,
чтобы все коммутаторы могли поддерживать
общий групповой адрес, с помощью которого
кадры, содержащие пакет BPDU, могут
одновременно передаваться всем
заинтересованным коммутаторам в сети.
Иначе эти кадры рассылаются широковещательно.
Формат пакета BPDU 
показан
на рис. 5.7.
Поля пакета BPDU имеют следующие значения:
ИД протокола - идентификатор протокола. Поле имеет нулевое значение;
версия - поле имеет нулевое значение. Коммутаторы в сети должны поддерживать одну и ту же версию протокола, иначе может быть сформирована конфигурация с петлями;
тип сообщения - содержит нулевое значение при нормальной работе протокола. Поле устанавливается в значение 80h при извещении об изменениях в сетевой топологии;
флаги - используются только два бита. Первый бит сигнализирует об изменениях в сетевой топологии и обозначается ТС. Восьмой бит используется для подтверждения приема пакета BPDU с установленным битом ТС. Он имеет обозначение ТСА. Остальные шесть битов этого байта не используются;
корневой ИД - идентификатор корневого коммутатора. Два первых байта поля - идентификатор коммутатора, оставшиеся шесть байтов - его физический адрес;
стоимость пути до корня - характеризует суммарную стоимость пути до корневого коммутатора;
ИД коммутатора - идентификатор коммутатора, отправляющего сообщение;
ИД порта - идентифицирует порт коммутатора, из которого отправлено сообщение;
возраст сообщения - время, прошедшее с момента отправки корневым коммутатором сообщения об обнаружении изменений в сетевой топологии;
максимальный возраст - указывает время удаления из обращения текущего сообщения;
время приветствия - промежуток времени между рассылками сообщений корневым коммутатором;
задержка перехода - задержка, которую коммутаторы должны выждать перед переходом в новое состояние после изменения сетевой топологии. Такая задержка необходима, чтобы уменьшить вероятность временного возникновения петель во время реконфигурации.