Spanning Tree Protocol (STP, протокол остовного дерева) — канальный протокол. Основной задачей STP является устранение петель в топологии произвольной сети Ethernet, в которой есть один или более сетевых мостов, связанных избыточными соединениями. STP решает эту задачу, автоматически блокируя соединения, которые в данный момент для полной связности коммутаторов являются избыточными.
Необходимость устранения топологических петель в сети Ethernet следует из того, что их наличие в реальной сети Ethernet с коммутатором с высокой вероятностью приводит к бесконечным повторам передачи одних и тех же кадров Ethernet одним и более коммутатором, отчего пропускная способность сети оказывается почти полностью занятой этими бесполезными повторами; в этих условиях, хотя формально сеть может продолжать работать, на практике её производительность становится настолько низкой, что может выглядеть как полный отказ сети.
Принцип действия:
1. Пример сети. Пронумерованные квадраты означают мосты. Облачка означают сетевые сегменты.
2. Наименьший ID равен 3. Следовательно, мост 3 становится корневым. (RB)
3. Предположим, что вес каждого ребра равен единице. Кратчайший путь от моста 4 к корневому мосту идёт через сегмент сети c. Поэтому корневым (RP) портом для моста 4 будет порт, ведущий в сеть c.
4. Кратчайший путь к корню из сегмента e идёт через мост 92. Поэтому назначенным (DP) портом для сегмента e будет порт, соединяющий мост 92 с сегментом e.
5. На этой диаграмме порты получили своё состояние с помощью STP. Активные порты, не имеющие состояния переводятся в состояние заблокированных (BP).
6. После ошибки подключения алгоритм spanning tree перестраивает дерево.
Выбирается один корневой мост (англ. Root Bridge).
Далее каждый коммутатор просчитывает кратчайший путь к корневому. Соответствующий порт называется корневым портом (англ. Root Port). У любого некорневого коммутатора может быть только один корневой порт.
После этого для каждого сегмента сети, к которому присоединён более чем один мост (или несколько портов одного моста), просчитывается кратчайший путь к корневому мосту(порту). Мост, через который проходит этот путь, становится назначенным для этой сети (англ. Designated Bridge), а соответствующий порт — назначенным портом (англ. Designated port).
Далее во всех сегментах, с которыми соединено более одного порта моста, все мосты блокируют все порты, не являющиеся корневыми и назначенными. В итоге получается древовидная структура (математический граф) с вершиной в виде корневого коммутатора.
Основные понятия
- Bridge ID = Bridge priority + MAC;
- Bridge priority = vlan xxx + 4096xN, N-множитель, назначается администратором сети (4096х8=32768 default cost);
- Cost — «стоимость портов»;
- Pathcost — стоимость линка в STP;
- Hello BPDU = root ID + bridge ID + cost; (англ. Bridge Protocol Data Unit)
- Root port (корневой порт) — это порт, который имеет минимальную стоимость до любого порта корневого коммутатора;
-Designated port (назначенный порт) — это порт, который имеет кратчайшее расстояние от назначенного коммутатора до корневого коммутатора.
Эволюция и расширения:
1. Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP)
2. Per-VLAN Spanning Tree Protocol (PVSTP)
3. Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP)
4. Shortest Path Bridging (SPB)
