目次
3. STP スパニング ツリー プロトコルに関連するアルゴリズム
1. STPプロトコルとは何ですか?
レイヤ 2 スイッチング ネットワークでは、ツリー構造が生成され、一部のインターフェイスが論理的にブロックされ、ルートからすべてのノードへの一意のパスのみが存在します。最適なパスに障害が発生した場合、ブロックされている一部のポートが自動的に開かれて回線が実現されます。バックアップの役割。
ネットワークの信頼性を向上させるために、通常、スイッチド ネットワークではいくつかの冗長リンクが使用されます。ただし、冗長リンクはスイッチング ネットワークにループのリスクをもたらし、ブロードキャスト ストームや MAC アドレス テーブルの不安定性などの問題を引き起こし、ユーザーの通信品質に影響を与えます。スパニング ツリー プロトコル STP (Spanning Tree Protocol) は、ループによって引き起こされるさまざまな問題を回避しながら信頼性を向上させることができます。
2. STP スパニング ツリー プロトコルの登場の理由
STP スパニング ツリー プロトコルがない場合の影響:
- ブロードキャストストーム
- MAC アドレス テーブルのタンブリング --- スイッチでは、同じ MAC アドレスは一意のインターフェイスにのみマッピングできますが、同じインターフェイスは複数の異なる MAC アドレスにマッピングできます。
- 同じデータ フレームの複製コピー
- 上記の 3 つの条件は最終的に機器の過負荷につながり、再起動保護が機能します。
3. STP スパニング ツリー プロトコルに関連するアルゴリズム
1.802.1D
802.1Dスイッチング ネットワークにはスパニング ツリー インスタンスが 1 つだけあります。
BPDU (ブリッジ プロトコル データ ユニット) は、スイッチ間で通信し、相互作用してデータを送受信するために使用されます。
BPDU を設定します - ルート ブリッジのみが BPDU を送信できます。スイッチング ネットワークの初期状態では、すべてのスイッチがローカル ルート ブリッジを定義して BPDU を送信します。そのため、ネットワーク内のすべてのスイッチは他のデバイスから BPDU を受信し、そのデータに基づいてデータ内でパラメータが比較され、ルート ブリッジが選択されます。ルート以外のすべてのブリッジは BPDU を送信しなくなり、ルート ブリッジの BPDU を受信して転送するだけになります。送信サイクルは 2 秒、ホールド タイムは 20 秒です。
TCN - トポロジ変更メッセージ (BPDU とも): ローカル スイッチ リンクに障害が発生した後、STP は再収束します。ネットワーク全体のすべてのスイッチの MAC テーブルを迅速に更新するために、TCN (フラグ ビットの TCN ビットが 1) TCN を受信した後、隣接スイッチはまず、メッセージを確実に送信するための応答として ACK ビットをマークし、次に TCN を段階的にルート ブリッジに転送し、ルート ブリッジはそのメッセージに応答します。 TC メッセージをすべてのスイッチに段階的に送信し、すべてのスイッチが MAC テーブルのエージング タイムを一時的に 15 秒に変更します（デフォルト、転送遅延）。
選択 --- ルート ブリッジ ルート ポート 指定ポート 非指定ポート (ブロックされたポート)
[1] ルート ブリッジ – スパニング ツリー インスタンスには、ルートとなるスイッチが 1 つだけあります。
BPDU 内のブリッジ ID によって決定されます。
ブリッジ ID = ブリッジ優先度 (0 ～ 65535 パブリック) デフォルト 32768 + MAC アドレス (svi インターフェイスを持つスイッチのみが MAC アドレスを持ちます。複数の MAC がある場合は、最小値を選択します)
ルートブリッジの選択は、まず優先度を比較し、小さい方が良い、優先度が同じ場合はMACを比較し、数値が小さい方が良い、
[2] ルート ポート -非ルートブリッジにはインターフェイスが 1 つだけあり、ルート ブリッジに最も近いローカル インターフェイス（最も短い、スター）がルート ブリッジから BPDU を受信し、ユーザー トラフィックを転送します（このインターフェイスはブロックしていません）。
ルール：
1.ルート ブリッジから送信された後、このインターフェイスを介して入るときの最小コスト値を比較します。
2. インバウンドコスト値が同じ場合、インターフェースのピアデバイスの BID を比較して小さい方を見つけます。
3. ピア BID も同じで、インターフェイスのピア デバイス のインターフェイスの PID を比較します。優先順位が最初に小さく、優先順位が一貫している場合は、数値が小さくなります。
4. ピア PID が同じでも、ローカル PID と比較すると結果は小さくなります。
PID=ポートID インターフェイスの優先順位 (0 ～ 240、ステップ サイズ 16、デフォルト 128) インターフェイス番号
[3] STP が存在する各物理リンクには指定ポートが1 つだけあります。STPはルート ブリッジから BPDU を転送し、ユーザー トラフィックも (ブロックせずに) 転送できます。デフォルトでは、ルート ブリッジ上のすべてのインターフェイスが指定ポートです。
1. ルート ブリッジ (アウトバウンド) から送信された後、このインターフェイスを介してこのリンクに入るときの最小コスト値を比較します。
2. アウトバウンドコスト値が同じ場合は、より良いローカル BID を使用する必要があります。
3. ローカル BID が同じ場合は、ローカル PID を比較します。
4. ローカル PID が同じ場合は、ポートを直接ブロックします。
[4] 非指定ポート (ブロックされたポート) 上記の役割がすべて選択された場合、役割のない残りのインターフェイスは非指定ポートになります。
インターフェイスは論理的にブロックされており、実際には情報を受信できますが、転送はしません。
コスト値: 帯域幅が異なればコストも異なります。
802.1d規格 10M = 100 100M=19 1000M=4 10000M=2 >100000M=1 802.1T規格 1000M= 20000 100M=200000 生成されたプロトコルでは、少なくともルート ブリッジがアグリゲーション層で干渉される必要があります。
インターフェースのステータス:
down: BPDU は送受信されません。BPDU が送受信できるようになると、次の状態になります。
リスニング: 必須 15 秒、すべてのスイッチが BPDU を送受信し、すべてのロールを選択します。インターフェイスのロールは非指定ポートであり、直接ブロッキング ステートに入ります。指定ポートおよびルート ポートの場合は、次のステートに入ります。
学習: 必須 15 秒; 指定されたポートとルート ポートは、すべてのインターフェイスに接続されているデバイスの MAC アドレスを学習し、MAC テーブルを生成し、次の状態に入ります。
転送: ユーザー パケットを転送できるエンド ポートとルート ポートのエントリを指します。
ブロッキング: 論理ブロッキング。
注: データ パケットは、インターフェイスがフォワーディング ステートに入った後にのみユーザーに転送できます。過去 30 秒間はデータを転送できません。
収束時間:
初期収束 - 30 秒 = 15 秒のリスニング + 15 秒の学習
構造的変化:
直接接続の有無: ローカルにブロックされたポートがあります。他のポートが切断されている場合、ブロックされたポートはすぐに 15 秒のリスニング (選択) に入ります。結果が有効であれば、15 秒の学習に入ります。合計 30 秒です。
直接接続の検出はありません: ローカルでブロックされたポートはありません。ポートが切断された場合、次善の BPDU (ローカルをルートとして) が他の隣接スイッチに送信されます。他のスイッチはデータを無視し、20 秒のホールドを実行します。 15 秒のリスニング、15 秒の学習 = 合計 50 秒を入力します。
802.1D の欠点:
1. 収束が遅い
2. リンク使用率が低い
802.1 設定コマンド:
[sw1]stp モード stp は 802.1d アルゴリズムに変更され、現在 Huawei はデフォルトで MSTP を使用しています。
[sw1]stp priority 4096 ブリッジ優先度の変更
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp コスト ? インターフェイス コスト値を変更します
INTEGER<1-200000000> ポート パス コスト
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp ポート優先度? インターフェイスの優先度を変更します
INTEGER<0-240> ポートの優先順位 (16 段階)
2.PVST
PVST シスコ プライベート VLAN ベースのスパニング ツリー プロトコル
各 VLAN 内にはツリーがあり、各ツリーの動作原理は 802.1d と同じであり、異なる VLAN の BPDU 間の違いが優先されます。
優先度 = 4096 の倍数 + VLAN ID。手動で変更できるのは 4096 の倍数のみで、4096 の整数倍にのみ変更できます。
トランク カプセル化は ISL (シスコ プライベート カプセル化) としてのみサポートされます。
3.PVST+
PVST + は PVST に基づいており、802.1q トランク カプセル化と互換性があり、ある程度の高速化が設計されています。
ポート アクセラレーション (ユーザーを接続するエントリ層インターフェイス) アップリンク アクセラレーション - 直接接続検出用 バックボーン アクセラレーション - 最適ではない BPDU 用。
アップリンク アクセラレーションは、アクセス レイヤ デバイスでのみ設定されます。これは、設定後、スイッチがローカル ブリッジの優先順位を自動的に上げるためです。
直接接続検出条件下では、ブロックされたインターフェイスは 30 秒をスキップし、直接フォワーディング状態 (アップリンク アクセラレーション) に入ります。
バックボーン アクセラレーションはすべてのスイッチで設定可能で、最適ではない BPDU を受信するブロックされたポートの 20 秒のホールド タイムをスキップできます。
欠点: 1. コンバージェンスが遅い (加速が不完全) 2. ツリーが多すぎる (シスコのみが別のチップを持っており、他のベンダーはこれをロードできません)
4. 高速スパニングツリー
Cisco の RSTP --- VLAN ベースの高速スパニング ツリー - 1 つの VLAN、1 つのツリーの Pvst+ アップグレード
パブリック RSTP (802.1w) --- スイッチング ネットワーク全体の 1 つのツリー 802.1d アップグレード
簡単な原則:
- タイマーはキャンセルされますが、ある状態の作業が完了すると、直接次の状態に入ります。
- セグメント化された同期、2 つのデバイス間の段階的な収束、要求タグと同意タグを使用、タグ ビットのビット 1 と 6 に依存
- BPDU のキープアライブ時間は 6 秒、Hello タイムは 2 秒、
- ポートアクセラレーション（エッジインターフェース）、アップリンクアクセラレーション、バックボーンアクセラレーションを統合
- 802.1d および PVST と互換性がありますが、802.1d および PVST はフラグ ビットのビット 1 ～ 6 を使用しないため、高速コンバージェンスを行うことができません。したがって、ネットワーク内に高速コンバージェンスをサポートしていないデバイスがある場合、高速コンバージェンスをサポートしていない他のデバイスが; 高速コンバージェンスを有効にしても、高速コンバージェンスはできません。
tcn メッセージが表示されると、ルート ブリッジの BPDU を待たずにローカル カム テーブルをリフレッシュできます。
覚えておいてください: インターフェイスがデフォルトで半二重になっている場合、RSTP が許可されている場合でも、コンバージェンスは依然として低速の 802.1D アルゴリズムに基づいています。
[sw1] stp モード rstp
エッジ インターフェイス --- PC への接続に使用されるインターフェイス。エッジ インターフェイスとして設定されると、BPDU は送信されなくなり、STP コンバージェンスも実行されません。直接フォワーディング ステートになりますが、インターフェイスが受信した場合は、反対側からの BPDU はエッジ特性を失い、再び正常に収束します。
[sw1]インターフェイス ギガビットイーサネット 0/0/1
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp エッジ ポートの有効化
[sw1]stp priority? ブリッジ優先度を変更します
INTEGER<0-61440> ブリッジ優先度 (4096 ステップ)
[sw1]stp root ? ルートブリッジの役割を素早く定義します
プライマリ プライマリ ルート スイッチ
セカンダリ セカンダリ ルート スイッチ
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp ポート優先度? インターフェイスの優先度を変更します
INTEGER<0-240> ポートの優先順位 (16 段階)
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp コスト? インターフェイス コストを変更します
INTEGER<1-200000000> ポート パス コスト
5.MSTP
MSTP/MST/802.1S Huawei 機器はデフォルトでこのプロトコルを使用します
ラピッド スパニング ツリーの基礎を継承し、複数の VLAN をグループに配置し、各グループに基づいてスパニング ツリーを作成します。
異なるグループ間の BPDU の優先順位 = 4096 の倍数 + グループ番号
[r1]stpモードmstp
グループ 0 はデフォルトで存在し、すべての VLAN はデフォルトでこのグループ内にあります。優先度 = 32768+0
グループ
[sw1]stp 有効化
[sw1]stp リージョン構成
[sw1-mst-region]region-name a すべてのデバイスは 1 つのグループに属している必要があります
[sw1-mst-region]インスタンス 1 vlan 1 ～ 5
[sw1-mst-region]インスタンス 2 vlan 6 ～ 10
[sw1-mst-region]activeregion-configuration は現在の構成をアクティブ化します (このディレクティブを構成する必要があります)
覚えておいてください: グループを作成する予定だが、グループ内の VLAN がこのスイッチ上に作成されておらず、VLAN を提供するインターフェイスがない場合、グループには情報がなく、全体のすべてのデバイスのグループ化情報が保持されません。スイッチング ネットワークは完全に一貫している必要があります。
ローカルをグループ 1 のプライマリ ルートおよびグループ 2 のバックアップ ルートとして定義します。
stp インスタンス 1 のルート プライマリ 優先度が 0 に変更されます
stp インスタンス 2 のルート 2 次 優先度は 4096 に変更されます
[sw1]stp インスタンス 1 の優先度 ?
INTEGER<0-61440> ブリッジ優先度 (4096 ステップ)
[sw1]インターフェイス ギガビットイーサネット 0/0/1
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp インスタンス 1 のコスト ?
INTEGER<1-200000000> ポート パス コスト
[sw1-GigabitEthernet0/0/1]stp インスタンス 1 ポートの優先順位 ?
INTEGER<0-240> ポートの優先順位 (16 段階)
