Spanning Tree Protocol (stp, spanning Tree Protocol) kanal protokoli

Spanning Tree Protocol (STP, spanning Tree Protocol) - kanal protokoli. STP ning asosiy vazifasi ortiqcha havolalar bilan bog'langan bir yoki bir nechta tarmoq ko'prigi mavjud bo'lgan ixtiyoriy Ethernet tarmog'i topologiyasidagi halqalarni yo'q qilishdir. STP bu muammoni kalitlarning to'liq ulanishi uchun hozirda ortiqcha bo'lgan ulanishlarni avtomatik ravishda blokirovka qilish orqali hal qiladi.

Ethernet tarmog'idagi topologik halqalarni yo'q qilish zarurati shundan kelib chiqadiki, ularning haqiqiy Ethernet tarmog'ida yuqori ehtimollikdagi kalitga ega bo'lishi bir xil chekilgan freymlarini bir yoki bir nechta kalitlar orqali uzatishning cheksiz takrorlanishiga olib keladi, shuning uchun tarmoq o'tkazish qobiliyati deyarli butunlay bu foydasiz takrorlashlar bilan band. ; bu sharoitda, garchi tarmoq texnik jihatdan ishlashda davom etishi mumkin bo'lsa-da, amalda uning ishlashi shunchalik past bo'ladiki, u tarmoqning to'liq ishdan chiqishi kabi ko'rinishi mumkin.

STP OSI modelining ikkinchi qatlamiga tegishli. Protokol Internetda ishlash bo'yicha IEEE 802.1 ishchi guruhi tomonidan ishlab chiqilgan IEEE 802.1D standartida tasvirlangan. Radia Perlman tomonidan ishlab chiqilgan xuddi shu nomdagi algoritm asosida.

Agar ko'prikli tarmoqda (kommutatorlarning tarmoq segmentida) bir nechta yo'llar mavjud bo'lsa, tsiklik marshrutlar paydo bo'lishi mumkin va ma'lumotlarni ko'prik (ko'chma) orqali uzatishning oddiy qoidalariga rioya qilish bir xil paketning bir ko'prikdan cheksiz ravishda uzatilishiga olib keladi. boshqa (kalitlardan uzuk atrofida uzatilishi kerak).

Kengaytirilgan daraxt algoritmi paketlarni yo'naltirish marshrutlari topologiyasida aylanishni oldini olish uchun kerak bo'lganda alohida portlar (blokli o'tish portlari) bo'yicha ko'prikni avtomatik ravishda o'chirib qo'yish imkonini beradi. Tarmoq ko'prigida kengayuvchi daraxt algoritmidan foydalanish uchun qo'shimcha konfiguratsiya talab qilinmaydi[1].

Tarkib
1 Tavsif

2 Bu qanday ishlaydi
3 Asosiy tushunchalar
3.1 Transfer tezligi va yo'l narxi
4 Muhim qoidalar
5 STP (Spanning Tree Protocol) harakat algoritmi
6 port
7 Evolyutsiya va kengayishlar
7.1 Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP)
7.2 Har bir VLAN uchun keng tarqalgan daraxt protokoli (PVSTP)
7.3 Ko'p tarmoqli daraxt protokoli (MSTP)
7.4 Eng qisqa yo'l ko'prigi (SPB)
8 Yaratilish tarixi
9 Eslatma
10 havola
Tavsif
Yopuvchi daraxt algoritmi Ethernet tarmog'idagi ortiqcha havolalarni dinamik ravishda o'chiradigan (daraxt topologiyasini shakllantirish uchun) protokolning asosi hisoblanadi. STP IEEE tomonidan standartlashtirilgan va boshqariladigan kalitlarning ko'plab modellari tomonidan qo'llab-quvvatlanadi, xususan, u barcha Cisco kalitlarida sukut bo'yicha yoqilgan.

Protokolning mohiyati shundan iboratki, uni qo'llab-quvvatlaydigan Ethernet kalitlari bir-biri bilan "o'zlari haqida" ma'lumot almashadilar. Muayyan shartlarga asoslanib (odatda sozlamalarga muvofiq) kalitlardan biri "ildiz" (yoki "ildiz") sifatida tanlanadi, shundan so'ng barcha boshqa kalitlar kengayuvchi daraxt algoritmidan foydalangan holda ishlash uchun portlarni tanlaydilar. "ildiz" kalitiga eng yaqin" (vositachilar soni va liniya tezligi). "Root" kalitiga olib boradigan barcha boshqa tarmoq portlari bloklangan. Shunday qilib, tanlangan kommutatorda ildiz bilan daraxt hosil bo'ladi.

VLAN-ni yoqadigan Cisco kalitlarida STP sukut bo'yicha har bir virtual tarmoq uchun mustaqil ishlaydi.

STPga qo'shimcha ravishda, kalitlar halqalarni aniqlash va yo'q qilishning boshqa usullaridan foydalanishi mumkin - masalan, turli portlarning kommutatsiya jadvallarini (MAC manzillari ro'yxatini) solishtirish yoki o'tgan paketlarning nazorat summalarini solishtirish (moslik bir xil paketlarni ko'rsatadi). looplar tufayli paydo bo'ladi). Ta'riflangan usullar bilan solishtirganda, tasodifiy (yoki ba'zi taxminlarga asoslanib) "dublikat" portlarni blokirovka qiladi, STP protokoli STPni qo'llab-quvvatlaydigan o'zboshimchalik bilan kalitlar o'rtasida istalgan miqdordagi ortiqcha chiziqlar bilan butun segmentning daraxt tuzilishini ta'minlaydi.

Ishlash printsipi

1. Tarmoqqa misol. Raqamli kvadratlar ko'priklarni ifodalaydi. Bulutlar tarmoq segmentlarini ifodalaydi.

2. Eng kichik ID 3. Shuning uchun 3-ko‘prik ildizga aylanadi. (RB)

3. Har bir chekkaning og'irligi birga teng deb faraz qilaylik. 4-ko'prikdan ildiz ko'prigigacha bo'lgan eng qisqa yo'l tarmoq segmenti c orqali o'tadi. Shuning uchun, 4-ko'prik uchun ildiz (RP) porti c tarmog'iga olib boruvchi port bo'ladi.

4. E segmentidan ildizga olib boradigan eng qisqa yo'l 92-ko'prik orqali amalga oshiriladi. Shuning uchun e segmenti uchun belgilangan (DP) port 92-ko'prikni e segmentiga bog'laydigan portdir.

5. Ushbu diagrammada portlar STP yordamida o'z holatini oldi. Faol, fuqaroligi bo'lmagan portlar bloklangan (BP) holatiga joylashtiriladi.

6. Ulanish xatosidan so'ng, spanning daraxt algoritmi daraxtni qayta tiklaydi.
Bitta ildiz ko'prigi tanlangan.
Keyinchalik, har bir kalit ildizga eng qisqa yo'lni hisoblab chiqadi. Tegishli port ildiz porti deb ataladi. Har qanday ildiz bo'lmagan kalit faqat bitta ildiz portiga ega bo'lishi mumkin.
Shundan so'ng, bir nechta ko'prik (yoki bir nechta pyuz), ildiz ko'prigiga (port) eng qisqa yo'l hisoblanadi. Ushbu yo'l o'tadigan ko'prik Belgilangan ko'prikka aylanadi va mos keladigan port Belgilangan portga aylanadi.
Bundan tashqari, bir nechta ko'prik portlari ulangan barcha segmentlarda barcha ko'priklar root bo'lmagan va tayinlanmagan barcha portlarni bloklaydi. Natijada ildiz kaliti ko'rinishidagi tepaga ega bo'lgan daraxt tuzilishi (matematik grafik).
Asosiy tushunchalar
Bridge ID = Bridge priority + MAC;
Ko'prik ustuvorligi = vlan xxx + 4096xN, N-multiplikator, tarmoq administratori tomonidan tayinlangan (4096x8=32768 standart narx);
Narxi - "portlar narxi";
Pathcost — STPdagi havola narxi;
Salom BPDU = ildiz ID + ko'prik ID + xarajat; Ko'prik protokoli ma'lumotlar birligi
Root port - bu ildiz kalitidagi har qanday port uchun eng past narxga ega port;
Belgilangan port - bu belgilangan kalitdan asosiy kalitgacha bo'lgan eng qisqa masofaga ega bo'lgan port.
Etkazish tezligi va yo'l narxi
Transfer kursi narxi (802.1D-1998) Narxi (802.1W-2001)
4 Mbit/s 250 5 000 000
10 Mbit/s 100 2 000 000
16 Mbit/s 62 1 250 000
100 Mbit/s 19 200 000
1 Gbit/s 4 20 000
2 Gbit/s 3 10 000
10 Gbit/s 22000
Muhim qoidalar
Ildiz portiga yo'l narxi eng past bo'lgan port tayinlanadi.
Kommutatorning ikki yoki undan ortiq portidagi yo'lning narxi bir xil bo'ladigan holatlar mavjud, keyin ildiz (root) portni tanlash portning ustuvorligi va seriya raqami (Eng past jo'natuvchi port identifikatori) asosida amalga oshiriladi. [2] qo'shnilardan olingan [2], masalan, fa0/1, fa0 /2, fa0/3 va root eng kam sonli port bo'ladi.
Kalitlar, sukut bo'yicha, real vaqt rejimida tarmoq yuklanish holatini o'lchamaydi va STP daraxti qurilgan paytdagi interfeyslarning narxiga qarab ishlaydi.
Har bir portning o'z narxi (narxi), portning tarmoqli kengligi (o'tkazish qobiliyati) ga teskari proportsional va uni qo'lda sozlash mumkin.
STP dagi barcha portlar ketma-ket 4 holatdan o'tadi: bloklash (ma'lumotlarni uzatmasdan BPDU tinglash), tinglash (BPDU ni tinglash va uzatish), o'rganish (ma'lumotlarni qabul qilish, CAM jadvallarini yangilash), yo'naltirish (portning ish holati). Standart intervallar bilan portni yo'naltirish 30 soniyadan keyin boshlanadi.
STP (Spanning Tree Protocol) harakat algoritmi
Tarmoqdagi kalitlarni yoqgandan so'ng, sukut bo'yicha, har bir kalit o'zini ildiz (root) deb hisoblaydi.
Har bir kalit barcha portlarda har 2 soniyada Hello BPDU konfiguratsiya paketlarini yuborishni boshlaydi.
Agar ko'prik BPDU-ni o'zidan kamroq Bridge ID-ga ega bo'lsa, u o'zining BPDU-larini yaratishni to'xtatadi va BPDU-larni shu identifikator bilan uzatishni boshlaydi. Shunday qilib, oxir-oqibat, ushbu Ethernet tarmog'ida faqat bitta ko'prik qoladi, u o'zining BPDU-larini yaratishda va uzatishda davom etadi. U ildiz ko'prigiga aylanadi.
Qolgan ko'priklar ildiz ko'prigining BPDU-ni uzatadi, ularga o'z identifikatorini qo'shadi va yo'l narxi hisoblagichini oshiradi.
Ikki yoki undan ortiq ko'prik portlari biriktirilgan har bir tarmoq segmenti uchun belgilangan port aniqlanadi - ildiz ko'prigidan keladigan BPDUlar ushbu segmentga kiradigan port.
Shundan so'ng, ildiz porti va belgilangan portdan tashqari, 2 yoki undan ortiq ko'prik portlari biriktirilgan segmentlardagi barcha portlar bloklanadi.
Ildiz ko'prigi har 2 soniyada o'zining Hello BPDU-larini yuborishda davom etadi.
Portlar
STP ga jalb qilingan har bir port quyidagi rejimlardan (rollardan) birida ishlashi mumkin:

Ildiz port (root) - trafikni ildiz kalitiga o'tkazish uchun port. Har bir ildiz bo'lmagan kalit faqat bitta ildiz portiga ega bo'lib, minimal yo'l narxini hisobga olgan holda tanlangan.

Belgilangan port - tegishli segmentdan trafikni qabul qiladigan tarmoq segmentlari orasidagi ildiz bo'lmagan ko'prik porti. Ko'prikning o'zi ham belgilangan deb ataladi. Har bir tarmoq segmentida faqat bitta tayinlangan port bo'lishi mumkin. Ildiz kaliti tayinlangan barcha portlarga ega.
Belgilanmagan port - ildiz yoki belgilangan port bo'lmagan port. Bunday port orqali ma'lumotlar ramkalarini uzatish taqiqlanadi.
O'chirilgan port (o'chirilgan) - STPda qatnashmaydigan yoki ma'muriy jihatdan o'chirilgan (o'chirish buyrug'i yordamida) port.
Evolyutsiya va kengayish
Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP)
Asosiy maqola: RSTP
Rapid STP (RSTP) STP ni sezilarli darajada yaxshilaydi. Avvalo, konvergentsiya vaqtining pasayishi va yuqori barqarorlikni ta'kidlash kerak. Bunga ko'p jihatdan Cisco Systems tomonidan STP uchun xususiy kengaytmalar sifatida qo'llaniladigan g'oyalar tufayli erishiladi. RSTP IEEE 802.1w standartida tasvirlangan (keyinchalik 802.1D-2004 ga kiritilgan).

Rapid STP STP bilan mos keladi - agar qurilma STP dan foydalansa, RSTP ham ushbu qurilma bilan STP dan foydalanadi, ammo bu rejimda RSTP ning boshqa qurilmalarda mavjudligi STP ga nisbatan afzalliklarni bermasligi mumkin.

Per-VLAN Sportlar) bo'lgan har bir tarmoqAnning daraxt protokoli (PVSTP)
Per-VLAN STP (PVSTP), nomidan ko'rinib turibdiki, VLAN-lardan foydalanish uchun STP funksiyasini kengaytiradi. Ushbu protokol doirasida har bir VLAN-da STP ning alohida nusxasi ishlaydi. Bu Cisco kompaniyasining xususiy kengaytmasi. Dastlab, PVST protokoli faqat ISL magistrallari orqali ishlagan, keyin PVST + kengaytmasi ishlab chiqildi, bu esa unga ancha keng tarqalgan 802.1Q magistrallari orqali ishlashga imkon berdi. PVST+ va RSTP xususiyatlarini birlashtirgan ilovalar mavjud, chunki bu kengaytmalar protokolning mustaqil qismlariga ta'sir qiladi, natijada (Cisco terminologiyasida) Rapid PVST+ paydo bo'ladi. PVST+ STP bilan mos keladi va hatto multicast kadrlar yordamida PVST+ yoki Rapid PVST+ ni qo'llab-quvvatlamaydigan "orqali" kalitlar orqali aloqa qiladi. Biroq, Cisco Systems bir xil tarmoqdagi turli ishlab chiqaruvchilarning kalitlarini turli STP ilovalari va o'zgarishlari o'rtasidagi moslik muammolarini oldini olish uchun aralashtirmaslikni tavsiya qiladi.

Bir nechta kengaytmali daraxt protokoli (MSTP)

STP protokollarining yuqoridagi o'zgarishlari VLAN soni birdan ortiq bo'lgan hollarda STP nusxalari soni bo'yicha tasniflanishi mumkin. Barcha VLAN-larda bitta STP nusxasi (aslida STP, RSTP) va har bir VLAN o'z STP nusxasiga (PVST, PVST+, Rapid PVST+) ega bo'lgan protokol o'zgarishlari mavjud.

Har bir VLAN uchun alohida STP nusxasi bilan o'zgarishlarning ba'zi ortiqchaligi shundaki, agar bir nechta VLAN topologiyasi bir xil bo'lsa, tegishli STP misollari bir-birining ishini to'liq takrorlaydi. Bunday holda, printsipial jihatdan, STP nusxalarini bir-birini takrorlashning keraksiz ishlashi kommutator protsessoriga keraksiz qo'shimcha yukga aylanadi va oxir-oqibat apparat dizaynerlarini uning barqaror ishlashini ta'minlash uchun yuqori quvvat sarfiga ega kuchliroq protsessorni tanlashga majbur qilishi mumkin. uskunani ishlab chiqarishda ham, ishlatishda ham elektr ta'minoti va sovutish uchun qo'shimcha xarajatlarga olib kelishi mumkin.

Shu nuqtai nazardan, Multiple STP (MSTP) ajralib turadi. Bir MSTP nusxasiga bir nechta VLANlarni kiritish mumkin, agar ularning topologiyasi bir xil bo'lsa (VLAN-ga kiritilgan kalitlar va ular orasidagi ulanishlar nuqtai nazaridan). MSTP nusxalarining minimal soni ikkinchi darajali domendagi topologik noyob VLAN guruhlari soniga mos keladi (yana ular orasidagi kalitlar va ulanishlar darajasida). MSTP muhim cheklovni qo'yadi: MSTPda ishtirok etuvchi barcha kalitlar bir xil tuzilgan VLAN guruhlariga (MST misollari) ega bo'lishi kerak, bu esa tarmoq konfiguratsiyasini o'zgartirishda moslashuvchanlikni cheklaydi.

MSTP IEEE 802.1s standartida tasvirlangan (keyinchalik 802.1Q-2003 ga kiritilgan).

Eng qisqa yo'l ko'prigi (SPB)
Eng qisqa yo'l ko'prigi (SPB) IEEE 802.1aq blokirovka cheklovlarini yengib chiqadi.

Yaratilish tarixi segmenti uchun