Протокол связующего дерева - Spanning Tree Protocol

Набор интернет-протоколов
Уровень приложения
Транспортный уровень
Интернет-уровень
Связующий слой

В Протокол связующего дерева (STP) это сетевой протокол который строит без петель логическая топология для Сети Ethernet. Основная функция STP - предотвратить мостиковые петли и радиовещание что вытекает из них. Связующее дерево также позволяет сетевой дизайн включить резервные ссылки, обеспечивающие Отказоустойчивость если активная ссылка не работает.

Как следует из названия, STP создает остовное дерево который характеризует взаимосвязь узлов в сети подключенного уровня-2 мосты, и отключает те ссылки, которые не являются частью связующего дерева, оставляя один активный путь между любыми двумя узлами сети. STP основан на алгоритме, изобретенном Радиа Перлман пока она работала на Корпорация цифрового оборудования.[1][2]

В 2001 г. IEEE представил Протокол быстрого связующего дерева (RSTP) как 802.1w. RSTP обеспечивает значительно более быстрое восстановление в ответ на сетевые изменения или сбои, вводя для этого новые модели поведения конвергенции и роли портов моста. RSTP был разработан для обеспечения обратной совместимости со стандартным STP.

STP изначально был стандартизирован как IEEE 802.1D но функциональность связующего дерева (802.1D), быстрого связующего дерева (802.1w) и множественное остовное дерево (802.1s) с тех пор был включен в IEEE 802.1Q-2014.[3]

Работа протокола

Коммутаторы с реализацией протокола Spanning Tree Protocol в локальной сети (LAN). Один переключатель - это STP корневой мост. Все порты коммутатора, которые соединяют канал между двумя коммутаторами, являются либо корневой порт (RP), а назначенный порт (DP), или заблокированный порт (БП).
После сбоя связи алгоритм связующего дерева вычисляет и охватывает новое дерево с наименьшей стоимостью.
После сбоя связи алгоритм связующего дерева вычисляет и охватывает новое дерево с наименьшей стоимостью.
Коммутаторы с реализацией протокола Spanning Tree в локальной сети (LAN)

Потребность в протоколе связующего дерева (STP) возникла потому, что переключатели в локальные сети (ЛВС) часто соединяются между собой с использованием избыточных каналов для повышения устойчивости в случае сбоя одного из подключений.[4]:386 Однако эта конфигурация подключения создает петля переключения в результате чего радиовещание и Таблица MAC нестабильность.[4]:388 Если для подключения коммутаторов используются резервные каналы, следует избегать петель переключения.[4]:385

Чтобы избежать проблем, связанных с резервированием каналов в коммутируемой ЛВС, на коммутаторах реализован протокол STP для контроля топологии сети. Все ссылки между коммутаторами и, в частности, резервные ссылки занесены в каталог. Затем алгоритм связующего дерева блокирует пересылку по избыточным каналам, устанавливая один предпочтительный канал между коммутаторами в локальной сети. Этот предпочтительный канал используется для всех кадров Ethernet, если он не выходит из строя, и в этом случае включается нежелательный резервный канал. При реализации в сети протокол STP обозначает один коммутатор уровня 2 как корневой мост. Затем все коммутаторы выбирают лучшее соединение с корневым мостом для пересылки и блокируют другие резервные ссылки. Все коммутаторы постоянно общаются со своими соседями по локальной сети, используя Единицы данных протокола моста (BPDU).[4]:388

При наличии более одного канала между двумя коммутаторами корневой мост STP рассчитывает стоимость каждого пути на основе полосы пропускания. STP выберет путь с наименьшей стоимостью, то есть с наибольшей пропускной способностью, в качестве предпочтительного канала. STP включит этот предпочтительный канал в качестве единственного пути, который будет использоваться для кадров Ethernet между двумя коммутаторами, и отключит все другие возможные каналы, обозначив порты коммутатора, которые подключают предпочтительный путь, как корневой порт.[4]:393

После того, как коммутаторы с поддержкой STP в локальной сети выбрали корневой мост, все некорневые мосты назначают один из своих портов в качестве корневого порта. Это либо порт, который соединяет коммутатор с корневым мостом, либо, если существует несколько путей, порт с предпочтительным путем, рассчитанным корневым мостом. Поскольку не все коммутаторы напрямую подключены к корневому мосту, они обмениваются данными между собой с помощью STP. Единицы данных протокола моста (BPDU). Каждый коммутатор добавляет стоимость своего пути к стоимости, полученной от соседних коммутаторов, чтобы определить общую стоимость данного пути к корневому мосту. После сложения стоимости всех возможных путей к корневому мосту каждый коммутатор назначает порт в качестве корневого порта, который подключается к пути с наименьшей стоимостью или максимальной пропускной способностью, который в конечном итоге приведет к корневому мосту.[4]:394

Стоимость пути

Стоимость пути для разной скорости порта и вариации STP
Скорость передачи данныхСтоимость STPСтоимость RSTP[5]:154
(Пропускная способность канала)(802.1D-1998)(Значение по умолчанию 802.1W-2004)
4 Мбит / с2505,000,000
10 Мбит / с1002,000,000
16 Мбит / с621,250,000
100 Мбит / с19200,000
1 Гбит / с420,000
2 Гбит / с310,000
10 Гбит / с22,000
100 Гбит / сНет данных200
1 Тбит / сНет данных20

Стоимость пути STP по умолчанию изначально рассчитывалась по формуле 1 Гбит / с/пропускная способность. Когда стали доступны более высокие скорости, значения по умолчанию были скорректированы, поскольку в противном случае скорости выше 1 Гбит / с были бы неотличимы от STP. Его преемник RSTP использует аналогичную формулу с большим числителем: 20 Тбит / с/пропускная способность. Эти формулы приводят к примерным значениям в таблице.[5]:154

Государства порта

Все порты коммутатора в локальной сети, где включен протокол STP, распределены по категориям.[4]:388

Блокировка
Порт, который мог бы вызвать петлю переключения, если бы он был активен. Чтобы предотвратить использование зацикленных путей, пользовательские данные не отправляются и не принимаются через блокирующий порт. Данные BPDU все еще принимаются в состоянии блокировки. Заблокированный порт может перейти в режим пересылки, если другие используемые ссылки не работают, и алгоритм связующего дерева определяет, что порт может перейти в состояние пересылки.
Прослушивание
Коммутатор обрабатывает пакеты BPDU и ожидает возможной новой информации, которая заставит его вернуться в состояние блокировки. Он не заполняет Таблица MAC и он не пересылает кадры.
Обучение
Хотя порт еще не пересылает кадры, он изучает адреса источника из полученных кадров и добавляет их в таблицу MAC.
Пересылка
Порт в нормальном режиме принимает и пересылает кадры. Порт отслеживает входящие BPDU, что указывает на необходимость возврата в состояние блокировки для предотвращения образования петли.
инвалид
Сетевой администратор вручную отключил порт коммутатора.

Когда устройство впервые подключается к порту коммутатора, оно не сразу начинает пересылку данных. Вместо этого он будет проходить через несколько состояний, пока обрабатывает BPDU и определяет топологию сети. Порт, подключенный к хосту, например компьютеру, принтеру или сервер всегда переходит в состояние пересылки, хотя и с задержкой около 30 секунд, пока он проходит через состояния прослушивания и обучения. Время, проведенное в состояниях прослушивания и обучения, определяется значением, известным как задержка пересылки (по умолчанию 15 секунд и устанавливается корневым мостом). Если другой переключатель подключен, порт может оставаться в режиме блокировки, если будет определено, что это вызовет петлю в сети. BPDU уведомления об изменении топологии (TCN) используются для информирования других коммутаторов об изменениях портов. TCN вводятся в сеть некорневым коммутатором и распространяются на корень. После получения TCN корневой коммутатор установит флаг изменения топологии в своих обычных BPDU. Этот флаг распространяется на все другие коммутаторы и предписывает им быстро устаревать записи в таблице пересылки.

Конфигурация

Перед настройкой STP следует тщательно спланировать топологию сети.[6] Базовая конфигурация требует, чтобы STP был включен на всех коммутаторах в локальной сети и на каждом была выбрана одна и та же версия STP. Администратор может определить, какой коммутатор будет корневым мостом, и соответствующим образом настроить коммутаторы. Если корневой мост выходит из строя, протокол автоматически назначит новый корневой мост на основе идентификатора моста. Если все коммутаторы имеют один и тот же идентификатор моста, такой как идентификатор по умолчанию, и корневой мост выходит из строя, возникает ситуация связи, и протокол назначит один коммутатор в качестве корневого моста на основе MAC-адресов коммутатора. После того, как коммутаторам был назначен идентификатор моста и протокол выбрал коммутатор корневого моста, лучший путь к корневому мосту рассчитывается на основе стоимости порта, стоимости пути и приоритета порта.[7] В конечном итоге STP рассчитывает стоимость пути на основе полосы пропускания канала, однако каналы между коммутаторами могут иметь одинаковую полосу пропускания. Администраторы могут влиять на выбор протоколом предпочтительного пути, настраивая стоимость порта. Чем ниже стоимость порта, тем больше вероятность того, что протокол выберет подключенное соединение в качестве корневого порта для предпочтительного пути.[8] Выбор того, как другие коммутаторы в топологии выбирают свой корневой порт или наименее затратный путь к корневому мосту, может зависеть от приоритета порта. Наивысший приоритет будет означать, что путь в конечном итоге будет менее предпочтительным. Если все порты коммутатора имеют одинаковый приоритет, для пересылки кадров выбирается порт с наименьшим номером.[9]

Корневой мост и идентификатор моста

Пример сети. Пронумерованные поля представляют мосты, то есть коммутаторы в локальной сети. Число - это идентификатор моста. Облака с буквами представляют собой сегменты сети. Наименьший идентификатор моста - 3. Следовательно, мост 3 является корневым мостом.

В корневой мост связующего дерева - это мост с наименьшим (самым низким) идентификатором моста. Каждый мост имеет настраиваемый номер приоритета и MAC-адрес; идентификатор моста - это конкатенация приоритета моста и MAC-адреса. Например, ID моста с приоритетом 32768 и MAC 0200.0000.1111 является 32768.0200.0000.1111. По умолчанию приоритет моста составляет 32768, и его можно настроить только кратным 4096.[а] При сравнении двух идентификаторов моста сначала сравниваются части приоритета, а MAC-адреса сравниваются, только если приоритеты равны. Коммутатор с самым низким приоритетом из всех коммутаторов будет корневым; если есть связь, то коммутатор с самым низким приоритетом и самым низким MAC-адресом будет корневым. Например, если переключатели А (MAC = 0200.0000.1111) и B (MAC = 0200.0000.2222) оба имеют приоритет 32768, затем переключите А будет выбран в качестве корневого моста.[b] Если администраторы сети захотят переключить B чтобы стать корневым мостом, они должны установить его приоритет ниже 32768.[c]

Путь к корневому мосту

Последовательность событий для определения наилучшего полученного BPDU (который является наилучшим путем к корню):

  • Самый низкий идентификатор корневого моста - определяет корневой мост.
  • Самая низкая стоимость корневого моста - предпочитает восходящий коммутатор с наименьшими затратами на корневой мост
  • Самый низкий идентификатор моста отправителя - служит для разрешения конфликтов, если несколько восходящих коммутаторов имеют равную стоимость для корневого
  • Самый низкий идентификатор порта отправителя - служит для разрешения конфликтов, если коммутатор имеет несколько (не-Etherchannel) ссылок на один восходящий коммутатор, где:
    • ID моста = приоритет (4 бита) + локально назначенное расширение идентификатора системы (12 бит) + ID [MAC-адрес] (48 бит); приоритет моста по умолчанию - 32768, и
    • ID порта = приоритет (4 бита) + ID (номер интерфейса) (12 бит); приоритет порта по умолчанию - 128.

Тайбрейкеры

Связь пути: путь с наименьшей стоимостью к корню от сетевого сегмента e проходит через мост 92. Следовательно, назначенный порт для сетевого сегмента e - это порт, который соединяет мост 92 с сетевым сегментом e.
Корневые порты
Если несколько путей от моста являются путями с наименьшей стоимостью, выбранный путь использует соседний мост с нижним идентификатором моста. Таким образом, корневой порт - это тот, который подключается к мосту с наименьшим идентификатором моста. Например, на рисунках, если бы коммутатор 4 был подключен к сегменту сети d вместо сегмента f, было бы два пути длиной 2 к корню, один путь проходил бы через мост 24, а другой через мост 92. Поскольку их два путей с наименьшими затратами, идентификатор нижнего моста (24) будет использоваться как средство разрешения конфликтов при выборе пути.
Пути
Когда более одного моста в сегменте приводят к пути с наименьшей стоимостью к корню, мост с более низким идентификатором моста используется для пересылки сообщений к корню. Порт, соединяющий этот мост с сетевым сегментом, является назначенный порт для сегмента. На рисунках показаны два пути с наименьшей стоимостью от сегмента сети d до корня: один проходит через мост 24, а другой - через мост 92. Идентификатор нижнего моста равен 24, поэтому средство разрешения конфликтов указывает, что назначенный порт является портом через какой сетевой сегмент d подключен к мосту 24. Если бы идентификаторы моста были равны, то мост с наименьшим MAC-адресом имел бы назначенный порт. В любом случае проигравший устанавливает порт как заблокированный.
Назначенные порты
Когда корневой мост имеет более одного порта в одном сегменте LAN, идентификатор моста фактически привязан, как и все затраты корневого пути (все равны нулю). Порт в этом сегменте LAN с наименьшим идентификатором порта становится назначенным портом. Он переводится в режим пересылки, в то время как все остальные порты корневого моста в том же сегменте LAN становятся неназначенными портами и переводятся в режим блокировки.[11] Не все производители мостов следуют этому правилу, вместо этого делая все порты корневого моста назначенными портами и переводя их все в режим пересылки.[нужна цитата ]
Финальный тай-брейк
В некоторых случаях все еще может существовать связь, например, когда корневой мост имеет несколько активных портов в одном сегменте LAN (см. Выше) с одинаково низкими затратами корневого пути и идентификаторами моста, или, в других случаях, несколько мостов соединены посредством несколько кабелей и несколько портов. В каждом случае один мост может иметь несколько кандидатов в качестве корневого порта. В этих случаях кандидаты на корневой порт уже получили BPDU, предлагающие одинаково низкие (т. Е. «Лучшие») затраты на корневой путь и столь же низкие (т. Е. «Лучшие») идентификаторы моста, и окончательное разрешение конфликтов переходит к порту, который получил самый низкий (т.е. «лучший») идентификатор приоритета порта или идентификатор порта.[12]

Единицы данных протокола моста

Основная статья: Блок данных протокола моста

Вышеупомянутые правила описывают один способ определения того, какое связующее дерево будет вычислено алгоритмом, но написанные правила требуют знания всей сети. Мосты должны определить корневой мост и вычислить роли порта (корневой, назначенный или заблокированный) только с той информацией, которая у них есть. Чтобы гарантировать, что каждый мост имеет достаточно информации, мосты используют специальные кадры данных, называемые Единицы данных протокола моста (BPDU ) для обмена информацией об идентификаторах моста и стоимости корневого пути.

А мост отправляет кадр BPDU, используя уникальный MAC-адрес самого порта в качестве адреса источника и адрес назначения STP многоадресный адрес 01: 80: C2: 00: 00: 00.

В исходной спецификации STP есть два типа BPDU.[5]:63 (расширение Rapid Spanning Tree (RSTP) использует конкретный RSTP BPDU):

  • Конфигурация BPDU (CBPDU), используемая для вычисления связующего дерева
  • BPDU уведомления об изменении топологии (TCN), используется для объявления изменений в топологии сети.

BPDU обмениваются регулярно (по умолчанию каждые 2 секунды) и позволяют коммутаторам отслеживать сетевые изменения, а также запускать и останавливать пересылку на портах по мере необходимости. Чтобы предотвратить задержку при подключении хостов к коммутатору и во время некоторых изменений топологии, Быстрый STP был разработан, который позволяет порту коммутатора быстро переходить в состояние пересылки в таких ситуациях.

Поля блока данных протокола моста

IEEE 802.1D и IEEE 802.1aq BPDU имеют следующий формат:

 1. Идентификатор протокола: 2 байта (0x0000 IEEE 802.1D) 2. Идентификатор версии: 1 байт (0x00 Config & TCN / 0x02 RST / 0x03 MST / 0x04 SPT BPDU) 3. Тип BPDU: 1 байт (0x00 STP Config BPDU, 0x80 TCN BPDU, 0x02 RST / MST Config BPDU) 4. Флаги: 1 байтовые биты: использование 1: 0 или 1 для изменения топологии 2: 0 (не используется) или 1 для предложения в RST / MST / SPT BPDU 3-4: 00 ( не используется) или 01 для альтернативной / резервной роли порта в RST / MST / SPT BPDU 10 для корневого порта в RST / MST / SPT BPDU 11 для роли порта, указанной в RST / MST / SPT BPDU 5: 0 (не используется) или 1 для Обучение в RST / MST / SPT BPDU 6: 0 (не используется) или 1 для пересылки в RST / MST / SPT BPDU 7: 0 (не используется) или 1 для согласования в RST / MST / SPT BPDU 8: 0 или 1 для изменения топологии Подтверждение 5. Root ID: 8 байтов (CIST Root ID в MST / SPT BPDU) биты: использование 1-4: Приоритет корневого моста 5-16: Расширение идентификатора системы корневого моста 17-64: MAC-адрес корневого моста 6. Root Pa th Стоимость: 4 байта (стоимость внешнего пути CIST в MST / SPT BPDU) 7. Идентификатор моста: 8 байтов (идентификатор регионального корня CIST в MST / SPT BPDU) биты: использование 1-4: Приоритет моста 5-16: идентификатор системы моста Расширение 17-64: MAC-адрес моста 8. ID порта: 2 байта 9. Возраст сообщения: 2 байта за 1/256 секунды 10. Максимальный возраст: 2 байта за 1/256 секунды 11. Время приветствия: 2 байта за 1/256 сек 12. Задержка пересылки: 2 байта за 1/256 сек. 13. Длина версии 1: 1 байт (0x00, информация протокола версии 1 отсутствует. Только RST, MST, SPT BPDU) 14. Версия 3 Длина: 2 байта (только MST, SPT BPDU) TCN BPDU включает только поля 1-3.

Стандарты протокола связующего дерева

Первый протокол связующего дерева был изобретен в 1985 году компанией Digital Equipment Corporation. Радиа Перлман.[1] В 1990 году IEEE опубликовал первый стандарт протокола как 802.1D,[13] основан на алгоритме, разработанном Перлманом. Последующие версии были опубликованы в 1998 г.[14] и 2004 г.,[15] включая различные расширения. Оригинальный протокол связующего дерева, вдохновленный Перлманом, называемый DEC STP, не является стандартом и отличается от версии IEEE форматом сообщений, а также настройками таймера. Некоторые мосты реализуют версии протокола Spanning Tree как IEEE, так и DEC, но их взаимодействие может создать проблемы для сетевого администратора, как показано на примере проблемы, описанной в интерактивном документе Cisco.[16]

Работа различных реализаций стандарта не гарантируется, например, из-за различий в настройках таймера по умолчанию. IEEE рекомендует поставщикам предоставлять "Заявление о соответствии реализации протокола ", объявляя, какие возможности и опции были реализованы,[15] чтобы помочь пользователям определить, будут ли различные реализации правильно взаимодействовать.

Протокол быстрого связующего дерева

Не путать с Протокол потоковой передачи в реальном времени.

В 2001 г. IEEE представил протокол Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) как 802.1w. RSTP обеспечивает значительно более быструю сходимость связующего дерева после изменения топологии, вводя для этого новые способы сходимости и роли портов моста. RSTP был разработан для обеспечения обратной совместимости со стандартным STP.

В то время как STP может занять от 30 до 50 секунд, чтобы отреагировать на изменение топологии, RSTP обычно может реагировать на изменения в течение 3-кратного времени приветствия (по умолчанию: 3 раза по 2 секунды) или в течение нескольких миллисекунд после отказа физического соединения. Время приветствия - это важный и настраиваемый интервал времени, который используется RSTP для нескольких целей; его значение по умолчанию - 2 секунды.[17][18]

Стандарт IEEE 802.1D-2004 включает RSTP и отменяет исходный стандарт STP.[19]

Операция быстрого связующего дерева

RSTP добавляет новые роли порта моста, чтобы ускорить сходимость после сбоя канала. Количество состояний, в которых может находиться порт, было уменьшено до трех вместо первоначальных пяти STP.

Роли порта моста RSTP:

  • Корень - Порт пересылки, который является лучшим портом от некорневого моста к корневому мосту
  • Назначен - Порт пересылки для каждого сегмента LAN
  • Альтернативный - Альтернативный путь к корневому мосту. Этот путь отличается от использования корневого порта
  • Резервный - Резервный / резервный путь к сегменту, к которому уже подключен другой порт моста
  • инвалид - Не строго часть STP, сетевой администратор может вручную отключить порт

Состояние порта коммутатора RSTP:

  • Отбрасывая - Пользовательские данные не отправляются через порт
  • Обучение - Порт еще не пересылает кадры, но заполняет свою таблицу MAC-адресов.
  • Пересылка - Порт полностью готов к работе

Подробности работы RSTP:

  • Обнаружение отказа корневого коммутатора выполняется за 3 раза приветствия, что составляет 6 секунд, если время приветствия по умолчанию не было изменено.
  • Порты могут быть настроены как граничные порты, если они подключены к локальной сети, к которой не подключены другие мосты. Эти граничные порты переходят непосредственно в состояние пересылки. RSTP продолжает отслеживать порт на предмет BPDU в случае подключения моста. RSTP также можно настроить для автоматического обнаружения граничных портов. Как только мост обнаруживает, что BPDU поступает на граничный порт, порт становится не граничным портом.
  • RSTP называет соединение между двумя или более коммутаторами соединением "канального типа". Предполагается, что порт, работающий в полнодуплексном режиме, является двухточечным каналом, тогда как полудуплексный порт (через концентратор) по умолчанию считается разделяемым портом. Этот автоматический параметр типа ссылки может быть отменен явной конфигурацией. RSTP улучшает конвергенцию двухточечных соединений за счет сокращения времени Max-Age до 3-х кратного интервала Hello, удаления состояния прослушивания STP и обмена квитированием между двумя коммутаторами для быстрого перехода порта в состояние пересылки. RSTP ничем не отличается от STP для общих ссылок.
  • В отличие от STP, RSTP будет отвечать на пакеты BPDU, отправленные со стороны корневого моста. Мост RSTP «предлагает» информацию о своем связующем дереве назначенным портам. Если другой мост RSTP получает эту информацию и определяет, что это информация о главном корне, он устанавливает для всех остальных своих портов отказ. Мост может послать первому мосту "соглашение", подтверждающее информацию о его вышестоящем связующем дереве. Первый мост, получив это соглашение, знает, что может быстро перевести этот порт в состояние пересылки, минуя традиционный переход состояния прослушивания / обучения. По сути, это создает каскадный эффект от корневого моста, когда каждый назначенный мост предлагает своим соседям определить, может ли он выполнить быстрый переход. Это один из основных элементов, который позволяет RSTP достичь более быстрого времени сходимости, чем STP.
  • Как обсуждалось выше в деталях роли порта, RSTP поддерживает детали резервного копирования, касающиеся статуса сброса портов. Это позволяет избежать тайм-аутов, если текущие порты переадресации вышли из строя или BPDU не были получены на корневом порту в течение определенного интервала.
  • RSTP вернется к устаревшему протоколу STP на интерфейсе, если на этом порте будет обнаружена устаревшая версия STP BPDU.

Стандарты протокола связующего дерева для сетей VLAN

STP и RSTP не разделяют порты коммутатора по VLAN.[20] Однако в Ethernet переключился среды, в которых несколько Виртуальные локальные сети (VLAN) часто бывает желательно создать несколько связующих деревьев, чтобы трафик из разных VLAN использовал разные ссылки.

Собственные стандарты Spanning Tree VLAN

До того, как IEEE опубликовал стандарт протокола связующего дерева для VLAN, ряд поставщиков, продававших коммутаторы с поддержкой VLAN, разработали свои собственные версии протокола связующего дерева, поддерживающие VLAN. Cisco разработали, внедрили и опубликовали Spanning Tree для каждой VLAN (PVST) проприетарный протокол используя собственный проприетарный Связь между коммутаторами (ISL) для VLAN инкапсуляция и PVST +, который использует 802.1Q Инкапсуляция VLAN. Оба стандарта реализуют отдельное связующее дерево для каждой VLAN. Коммутаторы Cisco теперь обычно реализуют PVST + и могут реализовывать Spanning Trees для VLAN только в том случае, если другие коммутаторы в LAN реализуют тот же протокол STP VLAN. Очень немногие коммутаторы других производителей поддерживают различные проприетарные протоколы Cisco. HP обеспечивает совместимость с PVST и PVST + в некоторых своих сетевых коммутаторах.[21] Некоторые устройства от Force10 Сети, Alcatel-Lucent, Экстремальные сети, Avaya, Системы связи Brocade и BLADE Сетевые технологии поддержка PVST +.[22][23][24] Extreme Networks делает это с двумя ограничениями: Отсутствие поддержки на портах, где VLAN нетегированная / собственная, а также на VLAN с ID 1. PVST + может туннелировать через MSTP Область, край.[25]

Производитель коммутатора Juniper Networks в свою очередь, разработал и внедрил протокол связующего дерева VLAN (VSTP) для обеспечения совместимости с Cisco PVST, чтобы коммутаторы от обоих поставщиков могли быть включены в одну локальную сеть.[20] Протокол VSTP поддерживается только сериями EX и MX от Juniper Networks. Есть два ограничения совместимости VSTP:

  1. VSTP поддерживает только 253 различных топологии связующего дерева. Если существует более 253 VLAN, рекомендуется настроить RSTP в дополнение к VSTP, а VLAN за пределами 253 будут обрабатываться RSTP.
  2. MVRP не поддерживает VSTP. Если этот протокол используется, членство в VLAN для магистральных интерфейсов должно быть настроено статически. [1].

По умолчанию VSTP использует протокол RSTP в качестве основного протокола связующего дерева, но использование STP может быть принудительным, если в сети есть старые мосты. [2]. Дополнительные сведения о настройке VSTP на коммутаторах Juniper Networks опубликованы в официальной документации. Понимание VSTP.

Cisco также опубликовала собственную версию протокола Rapid Spanning Tree Protocol. Он создает связующее дерево для каждой VLAN, как и PVST. Cisco называет это Rapid Per-VLAN Spanning Tree (RPVST).

Протокол множественного связующего дерева

Основная статья: Протокол множественного связующего дерева

В Протокол множественного связующего дерева (MSTP), первоначально определенная в IEEE 802.1s -2002 и позже слился с IEEE 802.1Q -2005, определяет расширение RSTP для дальнейшего повышения полезности виртуальных локальных сетей (VLAN).

В стандарте связующее дерево, отображающее одну или несколько сетей VLAN, называется множественное связующее дерево (MST). Если MSTP реализован, связующее дерево может быть определено для отдельных VLAN или для групп VLAN. Кроме того, администратор может определять альтернативные пути в связующем дереве. VLAN должны быть назначены так называемой несколько экземпляров связующего дерева (MSTI). Коммутаторы сначала назначаются региону MST, затем VLAN сопоставляются или назначаются этому MST. А Общее связующее дерево (CST) - это MST, которому сопоставлены несколько VLAN, эта группа VLAN называется Экземпляр MST (MSTI). CST обратно совместимы со стандартами STP и RSTP. MST, которому назначена только одна VLAN, является Внутреннее связующее дерево (IST).[21]

В отличие от некоторых проприетарных реализаций связующего дерева для каждой VLAN,[26] MSTP включает всю информацию о своем связующем дереве в один BPDU формат. Это не только уменьшает количество BPDU, необходимых в локальной сети для передачи информации связующего дерева для каждой VLAN, но также обеспечивает обратную совместимость с RSTP (и, по сути, с классическим STP). MSTP делает это путем кодирования дополнительной информации о регионе после стандартного RSTP BPDU, а также ряда сообщений MSTI (от 0 до 64 экземпляров, хотя на практике многие мосты поддерживают меньше). Каждое из этих сообщений конфигурации MSTI передает информацию связующего дерева для каждого экземпляра. Каждому экземпляру может быть назначено количество настроенных VLAN, и кадры (пакеты), назначенные этим VLAN, работают в этом экземпляре связующего дерева всякий раз, когда они находятся внутри области MST. Чтобы избежать передачи всей своей VLAN в сопоставление связующего дерева в каждом BPDU, мосты кодируют MD5-дайджест своей VLAN-таблицы экземпляров в MSTP BPDU. Этот дайджест затем используется другими мостами MSTP вместе с другими административно настроенными значениями, чтобы определить, находится ли соседний мост в той же области MST, что и он сам.

MSTP полностью совместим с мостами RSTP, так как MSTP BPDU может интерпретироваться мостом RSTP как RSTP BPDU. Это не только обеспечивает совместимость с мостами RSTP без изменения конфигурации, но также заставляет любые мосты RSTP за пределами региона MSTP видеть регион как один мост RSTP, независимо от количества мостов MSTP внутри самого региона. Чтобы еще больше упростить представление о регионе MST как о единственном мосте RSTP, протокол MSTP использует переменную, известную как оставшиеся переходы, в качестве счетчика времени жизни вместо таймера срока действия сообщения, используемого RSTP. Время возраста сообщения увеличивается только один раз, когда информация связующего дерева входит в область MST, и поэтому мосты RSTP будут рассматривать область как только один «переход» в связующем дереве. Порты на краю области MST, подключенные к мосту RSTP или STP или конечной точке, называются граничными портами. Как и в RSTP, эти порты можно настроить как граничные порты, чтобы облегчить быстрое изменение состояния пересылки при подключении к конечным точкам.

Преодоление кратчайшего пути

Основная статья: Кратчайший путь моста

IEEE 802.1aq также известный как Shortest Path Bridging (SPB), позволяет резервным каналам между коммутаторами быть активными через несколько путей с одинаковой стоимостью и обеспечивает гораздо более крупные топологии уровня 2, более быструю конвергенцию и улучшает использование топологий ячеистой сети за счет увеличения пропускной способности между всеми устройствами за счет позволяя трафику загружать общий ресурс по всем путям в ячеистой сети.[27][28] SPB объединяет множество существующих функций, включая протокол связующего дерева (STP), протокол множественного связующего дерева (MSTP), протокол быстрого связующего дерева (RSTP), агрегацию каналов и Протокол регистрации нескольких MAC-адресов (MMRP) в протокол состояния одного канала.[29]

Расширение идентификатора системы

Идентификатор моста или BID - это поле внутри BPDU пакет. Это восемь байты в длину. Первые два байта - это приоритет моста, целое число без знака от 0 до 65 535. Последние шесть байты площадь MAC-адрес поставляется мостом. До IEEE 802.1D-2004 первые два байта давали 16 немного приоритет моста. Начиная с IEEE 802.1D-2004, первые четыре биты являются настраиваемым приоритетом, а последние двенадцать битов несут расширение идентификатора системы моста. На случай, если MST, расширение идентификатора системы моста несет MSTP номер экземпляра. Некоторые поставщики устанавливают расширение идентификатора системы моста для переноса VLAN ID, позволяющий использовать другое связующее дерево для каждой VLAN, например Cisco PVST.

Недостатки и текущая практика

Связующее дерево - это старый протокол с более длительным временем удержания по умолчанию, который управляет сходимостью состояния протокола. Неправильное использование или внедрение может способствовать сбоям в работе сети. Идея блокировки ссылок - это то, что клиенты в наши дни не принимают как подходящее решение для обеспечения высокой доступности. Современные сети могут использовать все подключенные каналы с помощью протоколов, которые запрещают, контролируют или подавляют естественное поведение логических или физических петель топологии.

Такие методы виртуализации коммутаторов, как HPE IRF, Aruba VSF и Cisco VSS, объединяют несколько коммутаторов в единый логический объект. А группа агрегации каналов с несколькими шасси работает как нормальный LACP ствол, распространяется только через несколько коммутаторов. И наоборот, технологии разделения разделяют одно физическое шасси на несколько логических объектов.

На краю сети обнаружение петель настроено для предотвращения случайных петель пользователями.

Смотрите также

Заметки

  1. ^ Связующее дерево, включающее 802.1t, и для 802.1t, использует 4 старших бита двухоктетного поля приоритета 802.1d в качестве приоритета и 12 младших значащих битов этого поля в качестве расширенного идентификатора системы.
  2. ^ Первоначальный стандарт 802.1d предусматривал возможность наличия у корневого моста более одного порта в одном сегменте LAN, и в этом случае порт с наименьшим идентификатором порта станет назначенным портом для этого сегмента LAN и будет переведен в режим пересылки, в то время как другие его порты в том же сегменте LAN стали неназначенными портами, переведенными в режим блокировки. Не все производители мостов следуют этому правилу, некоторые делают все порты назначенными портами и переводят их все в режим пересылки.
  3. ^ В качестве альтернативы сетевой администратор может настроить коммутатор как первичный или вторичный корень связующего дерева. При настройке корневого первичного и корневого вторичного коммутатор автоматически изменит приоритет соответственно: 24576 и 28672 соответственно с конфигурацией по умолчанию.[10]

использованная литература

  1. ^ а б Перлман, Радиа (1985). «Алгоритм распределенного вычисления связующего дерева в расширенной локальной сети». Обзор компьютерных коммуникаций ACM SIGCOMM. 15 (4): 44–53. Дои:10.1145/318951.319004.
  2. ^ Перлман, Радиа (2000). Межсоединения, второе издание. США: Аддисон-Уэсли. ISBN  0-201-63448-1.
  3. ^ Мосты и мостовые сети
  4. ^ а б c d е ж г Сильвиу Анхелеску (2010). Сертификация CCNA All-In-One для чайников. Джон Вили и сыновья. ISBN  9780470635926.
  5. ^ а б c «Стандарт 802.1D IEEE для локальных и городских сетей. Мосты управления доступом к среде (MAC)» (PDF). IEEE. 2004. Получено 19 апреля 2012.
  6. ^ Уэйд Эдвардс, Терри Джек, Тодд Ламмл, Тоби Скандиер, Роберт Паджен, Артур Пфунд и Карл Тимм (2006). Полное руководство CCNP: экзамены 642-801, 642-811, 642-821, 642-831. Джон Вили и сыновья. С. 506 и 511. ISBN  9780782150667.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  7. ^ Уэйд Эдвардс, Терри Джек, Тодд Ламмл, Тоби Скандиер, Роберт Паджен, Артур Пфунд и Карл Тимм (2006). Полное руководство CCNP: экзамены 642-801, 642-811, 642-821, 642-831. Джон Вили и сыновья. п. 506. ISBN  9780782150667.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  8. ^ Уэйд Эдвардс, Терри Джек, Тодд Ламмл, Тоби Скандиер, Роберт Паджен, Артур Пфунд и Карл Тимм (2006). Полное руководство CCNP: экзамены 642-801, 642-811, 642-821, 642-831. Джон Вили и сыновья. п. 511. ISBN  9780782150667.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  9. ^ Уэйд Эдвардс, Терри Джек, Тодд Ламмл, Тоби Скандиер, Роберт Паджен, Артур Пфунд и Карл Тимм (2006). Полное руководство CCNP: экзамены 642-801, 642-811, 642-821, 642-831. Джон Вили и сыновья. п. 513. ISBN  9780782150667.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  10. ^ "остовное дерево vlan". Cisco Systems. Получено 2020-05-04.
  11. ^ 802.1d-1998 раздел 8.3.1: Назначенный порт для каждой LAN - это порт моста, для которого значение стоимости корневого пути является самым низким: если два или более портов имеют одинаковое значение стоимости корневого пути, то сначала мост Идентификатор их мостов и их идентификаторы портов используются в качестве средств разрешения конфликтов.
  12. ^ 802.1d-1998, раздел 8.3.2 b) Мост, который получает конфигурационный BPDU, решает, что его корневой порт передает более точную информацию (т. Е. Идентификатор корня с наивысшим приоритетом, наименьшая стоимость корневого пути, мост и порт передачи с наивысшим приоритетом), передает этот информацию для всех локальных сетей, для которых он считает себя назначенным мостом.
  13. ^ Комитет по стандартам LAN / MAN компьютерного общества IEEE, изд. (1990). Стандарт ANSI / IEEE 802.1D. IEEE.
  14. ^ Комитет по стандартам LAN / MAN компьютерного общества IEEE, изд. (1998). ANSI / IEEE Std 802.1D, издание 1998 г., часть 3: Мосты управления доступом к среде (MAC). IEEE.
  15. ^ а б Комитет по стандартам LAN / MAN компьютерного общества IEEE, изд. (2004). ANSI / IEEE Std 802.1D - 2004: Стандарт IEEE для локальных и городских сетей: Мосты управления доступом к среде (MAC). IEEE.
  16. ^ «Понимание вопросов, связанных с мостом между VLAN» (PDF). Компания Cisco Systems, Inc. 11072. Цитировать журнал требует | журнал = (Помогите)
  17. ^ Вальдемар Войдак (март 2003 г.). «Протокол Rapid Spanning Tree: новое решение на основе старой технологии». Системы CompactPCI. Получено 2008-08-04.
  18. ^ «Общие сведения о протоколе быстрого связующего дерева (802.1w)». Получено 2008-11-27.
  19. ^ IEEE 802.1D-2004, IEEE, 2004-06-04, Поскольку исходный протокол Spanning Tree Protocol (STP) был удален из версии IEEE Std 802.1D 2004 г., реализация RSTP требуется для любых заявлений о соответствии реализации IEEE Std 802.1Q-2003, которая относится к текущей версии IEEE Std 802.1D
  20. ^ а б Майкл Г. Соломон, Дэвид Ким и Джеффри Л. Каррелл (2014). Основы коммуникаций и сетей. Издательство "Джонс и Бартлетт". п. 204. ISBN  9781284060157.
  21. ^ а б Майкл Г. Соломон, Дэвид Ким и Джеффри Л. Каррелл (2014). Основы коммуникаций и сетей. Издательство "Джонс и Бартлетт". п. 204. ISBN  9781284060157.
  22. ^ "Техническая документация". Force10. Получено 2011-01-25.
  23. ^ «Операционная система ExtremeXOS, версия 12.5» (PDF). Экстремальные сети. 2010. Получено 2011-01-25.
  24. ^ «BLADE PVST + Взаимодействие с Cisco» (PDF). 2006. Получено 2011-01-25.
  25. ^ «Мостовое соединение между VLAN IEEE 802.1Q». Cisco Systems. Получено 2011-01-25.
  26. ^ «Руководство по развертыванию CiscoWorks LAN Management Solution 3.2». Август 2009 г.. Получено 2010-01-25.
  27. ^ Питер Эшвуд-Смит (24 февраля 2011 г.). "Кратчайший путь моста IEEE 802.1aq Обзор" (PDF). Huawei. Архивировано из оригинал (PDF) 15 мая 2013 г.. Получено 11 мая 2012.
  28. ^ Джим Даффи (11 мая 2012 г.). «Крупнейшая система здравоохранения Иллинойса искореняет Cisco, чтобы построить частное облако стоимостью 40 миллионов долларов». Советник по ПК. Получено 11 мая 2012. Мост по кратчайшему пути заменит связующее дерево в структуре Ethernet.
  29. ^ «IEEE утверждает новый стандарт моста кратчайшего пути IEEE 802.1aq». Технология Power Up. 7 мая 2012. Получено 11 мая 2012.

внешние ссылки