Spanning Arborele Protocol ( de asemenea , numit STP ) este un protocol de rețea pentru nivelul 2 pentru a determina o topologie de rețea buclă fără (numită algoritm al arborelui de acoperire) în rețeaua locală cu poduri . Este definit în standardul IEEE 802.1D și se bazează pe un algoritm descris de Radia Perlman în 1985.
Rețelele comutate de tip Ethernet trebuie să aibă o singură cale între două puncte, aceasta se numește topologie fără buclă. Într-adevăr, bucla de prezență generează furtuni de difuzare care paralizează rețeaua: toate legăturile sunt cadre de difuzare saturate care circulă în bucle și tabelele de învățare ale comutatoarelor ( comutatorul ) devin instabile.
O soluție ar fi să nu trageți cablurile în exces pentru a nu avea bucle în rețea. Cu toate acestea, o rețea bună trebuie să ofere, de asemenea, redundanță pentru a oferi o cale alternativă în caz de eșec al unei legături sau switch ( switch ).
Algoritmul „ copac minim de întindere ” garantează unicitatea căii dintre două puncte ale rețelei, fără a interzice cablurile în exces. Pentru aceasta, blochează anumite porturi switch-uri administrative ( switch ).
Algoritmul STP se desfășoară în mai multe etape: alegerea switch-ului root, determinarea portului root la fiecare switch, determinarea portului desemnat pe fiecare segment, blocarea celorlalte porturi.
1. Casetele numerotate reprezintă comutatoare (numărul fiind ID-ul podului). Norii marcați cu litere reprezintă segmente de rețea.
2. Cel mai mic ID pod este 3. Prin urmare, comutatorul 3 devine comutatorul rădăcină.
3. Presupunând că costul de traversare al fiecărui segment de rețea este 1, calea cu cel mai mic cost de la comutatorul 4 la comutatorul rădăcină trece prin segmentul de rețea c. Prin urmare, portul rădăcină pentru comutatorul 4 este cel care duce la segmentul de rețea c.
4. Calea cu cel mai mic cost din segmentul de rețea e trece prin comutatorul 92. Prin urmare, portul desemnat pentru segmentul de rețea e este portul care îl conectează la comutatorul 92.
5. Orice port care nu este nici rădăcină, nici desemnat devine un port blocat.
6. După căderea unei legături (marcată cu o cruce), se calculează un nou arbore cu costuri mai mici.
O topologie fără buclă ca un copac și la baza fiecărui arbore, își găsește rădăcinile ( rădăcinile ). Într-o rețea comutată, se alege podul rădăcină ( switch root). Fiecare comutator are o adresă MAC și un număr de prioritate configurabil (0x8000 în mod implicit), aceste două numere constituind identificatorul de punte ( BID). Comutatorul cu cea mai mică prioritate câștigă și, în caz de egalitate, câștigă cea mai mică adresă MAC.
În general, administratorul de rețea influențează rezultatul alegerilor, astfel încât comutatorul rădăcină ales să fie cât mai aproape de rețeaua de bază. Acesta face acest lucru configurând prioritatea celui mai convenabil comutator rădăcină pe baza topologiei rețelei, precum și prioritatea unui alt comutator care va deveni comutatorul rădăcină dacă comutatorul rădăcină primar eșuează.
Celelalte comutatoare din rețea vor determina apoi portul care are cea mai mică „distanță” până la comutatorul rădăcină. Pentru aceasta, ei folosesc „costul” fiecărui link încrucișat, acest cost depinzând de lățimea de bandă a legăturii. „Portul rădăcină” ( Root Port , RP) va fi cel care conduce cel mai direct la comutatorul root. Fiecare comutator ar trebui să aibă un singur port rădăcină . Alegerea unui port rădăcină se efectuează în funcție de costul căii și câmpurile ID port ale unui pachet BPDU. În caz de egalitate, va fi ales portul cu cel mai mic ID de port .
Pentru fiecare segment de rețea de conectare a comutatoarelor, a fost apoi determinat un „port desemnat” ( port desemnat , DP). Aceste segmente pot conecta mai mult de două comutatoare. Portul desemnat este portul conectat la segmentul care duce cel mai direct la rădăcină.
Porturile care nu sunt nici rădăcină, nici desemnate sunt blocate. Un port blocat poate primi pachete BPDU, dar nu poate trimite niciunul.
În cazul unei modificări a topologiei, atunci când o legătură este tăiată sau un comutator eșuează sau este oprit, algoritmul este executat din nou și un nou copac de întindere este pus în loc. Prin urmare, buclele oferă redundanță.
BID-urile și alte informații cu privire la protocolul de copac sunt purtate în unități speciale de cadre de date numite Bridge Protocol Data Units ( BPDU-uri ). BPDU-urile sunt schimbate în mod regulat (la fiecare două secunde) și permit comutatoarelor să țină evidența modificărilor din rețea pentru a activa sau a dezactiva porturile necesare. Când un comutator sau o punte este atașat la rețea, acesta trimite mai întâi BPDU-uri pentru a determina topologia rețelei, înainte de a putea începe să transfere date.
Există trei tipuri de BPDU-uri:
BPDU-urile sunt trimise la adresa de difuzare 01: 80: C2: 00: 00: 00.
Porturile comutatoarelor unde STP este activ se află în una dintre următoarele stări:
Întârzierea de tranziție între ascultare la învățare și de învățare la expediere moduri este numit întârziere înainte , acesta este stabilit de podul rădăcină și este de cincisprezece secunde în mod implicit.
Când un client, cum ar fi un computer, o imprimantă sau un server, este conectat la rețea, portul său va intra automat mai întâi în modul ascultare și apoi în modul învățare , înainte de a intra în modul de redirecționare .
Pentru a scurta perioada de latență de la treizeci la cincizeci de secunde inerentă conectării unui nou dispozitiv, Rapid STP a fost dezvoltat și standardizat de standardul IEEE 802.1w ; permite unui port de comutare să intre direct în modul de redirecționare .
De asemenea, este posibil să se excludă anumite porturi din funcționarea arborelui de întindere , atâta timp cât este sigur că nu este posibilă nicio buclă pe ele.
Algoritmul original Spanning Tree a fost descris de Radia Perlman, apoi folosit de Digital Equipment Corporation , se numește DEC STP . În 1990, IEEE a publicat primul standard 802.1D bazat pe opera lui Perlman. Versiunile ulterioare au fost lansate în 1998 și 2004.
Există unele diferențe între DEC STP și 802.1D care pot cauza probleme de interoperabilitate .
Dezvoltările STP încearcă să îmbunătățească anumite aspecte, în special:
În 1998, IEEE a publicat documentul 802.1w care a accelerat convergența protocolului STP după o modificare a topologiei. Este inclus în standardul IEEE 802.1D-2004. În timp ce STP-ul clasic poate dura treizeci până la cincizeci de secunde pentru a converge după o modificare a topologiei, RSTP este capabil să convergă de trei ori valoarea întârzierii Hello (implicit două secunde pentru un Hello , adică 3 × 2 = 6 secunde de timp de convergență. ).
Rolul porturilor RSTPFuncționarea generală a RSTP este similară cu cea a STP convențional. Diferențele sunt după cum urmează:
Atunci când există mai multe VLAN-uri într-o rețea Ethernet comutată, STP poate funcționa independent pe fiecare dintre VLAN-uri separat. Acest mod de funcționare a fost denumit PVST (+) de către Cisco . Acesta este modul implicit pe comutatoarele mărcii. Aceasta este o dezvoltare proprietară care este, de asemenea, susținută de unii furnizori concurenți.
PVST funcționează numai cu Cisco Inter-Switch Link (ISL). PVST + este utilizat cu dot1q .
Multiple Spanning Arborele Protocol (MSTP), definit în IEEE 802.1s standardul și apoi incluse în IEEE 802.1Q -2003, este o extensie a RSTP , în care există o instanță de RSTP per grup VLAN.
Având mai multe instanțe de STP permite o mai bună utilizare a legăturilor în rețea, dacă topologia STP este diferită pentru unele grupuri VLAN. Spre deosebire de PVST, totuși, nu este necesar să existe o instanță per VLAN, care poate fi foarte numeroasă, VLAN-urile fiind grupate.
MSTP a fost inspirat de Cisco Multiple Instances Spanning Tree Protocol (MISTP).
MSTP este compatibil cu podurile RSTP, formatul BPDU fiind același.
În Mai 2012, IEEE susține standardul IEEE 802.1aq , care este cunoscut și documentat în majoritatea cărților sub denumirea de Shortest Path Bridging (SPB). SPB permite ca toate legăturile să fie active pe mai multe căi la un cost egal și oferă topologii mult mai mari de nivel 2, convergență mai rapidă și îmbunătățește utilizarea topologiilor mesh prin creșterea lățimii de bandă între toate dispozitivele, permițând traficului să distribuie încărcăturile pe toate căile într-o mesh reţea.
SPB consolidează mai multe caracteristici existente, inclusiv Spanning Tree Protocol (STP), Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP), Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP), Link Aggregation și Multiple MAC Registration Protocol (MMRP) într-un singur protocol. SPB este conceput pentru a elimina practic erorile umane în timpul configurărilor și păstrează natura plug-and-play care a stabilit Ethernet ca protocol de facto la stratul de legătură de date .