| STP | |
|---|---|
| namn | spaning tree-protokoll |
| Nivå (enligt OSI-modellen ) | kanaliserad |
| Skapad i | 1985 |
| Syftet med protokollet | Eliminera loopar i nätverkstopologi |
| Specifikation | RSTP, MSTP, SPB |
| Mediafiler på Wikimedia Commons | |
Spanning Tree Protocol ( STP , spanning tree protocol ) är ett kanalprotokoll. Huvuduppgiften för STP är att eliminera slingor i topologin för ett godtyckligt Ethernet -nätverk där det finns en eller flera nätverksbryggor sammankopplade med redundanta länkar. STP löser detta problem genom att automatiskt blockera anslutningar som för närvarande är redundanta för switcharnas fulla anslutningsmöjligheter.
Behovet av att eliminera topologiska slingor i ett Ethernet-nätverk följer av det faktum att deras närvaro i ett riktigt Ethernet-nätverk med en switch med hög sannolikhet leder till oändliga upprepningar av överföringen av samma Ethernet-ramar av en eller flera switchar, vilket är anledningen till nätverkets bandbredd är nästan helt upptagen av dessa värdelösa upprepningar. under dessa förhållanden, även om nätverket tekniskt sett kan fortsätta att fungera, blir dess prestanda i praktiken så låg att det kan se ut som ett fullständigt fel i nätverket.
STP tillhör det andra lagret av OSI-modellen . Protokollet beskrivs i IEEE 802.1D-standarden, utvecklad av IEEE 802.1 Working Group on Internetworking. Baserad på algoritmen med samma namn , som utvecklades av Radia Perlman .
Om det finns flera vägar i ett bryggat nätverk (i ett nätverkssegment av switchar) kan cykliska rutter bildas, och om man följer enkla regler för vidarebefordran av data över en brygga (switch) kommer samma paket att sändas oändligt från en brygga till annat (som ska överföras runt ringen från omkopplarna).
Spännträdsalgoritmen låter dig automatiskt inaktivera bryggning på enskilda portar efter behov (blockera switchportar) för att förhindra looping i topologin för paketvidarebefordran. Ingen ytterligare konfiguration krävs för att använda spännträdsalgoritmen i en nätverksbrygga [1] .
Spännträdsalgoritmen är grunden för ett protokoll som dynamiskt inaktiverar redundanta länkar i ett Ethernet-nätverk (för att bilda en trädtopologi). STP är standardiserat av IEEE och stöds av många modeller av hanterade switchar, i synnerhet är det aktiverat som standard på alla Cisco- switchar .
Kärnan i protokollet är att Ethernet-switcharna som stöder det utbyter information "om sig själva" med varandra. Baserat på vissa förhållanden (vanligtvis i enlighet med inställningarna), väljs en av switcharna som "root" (eller "root"), varefter alla andra switchar, med hjälp av spaning tree-algoritmen, väljer portar för drift som är " närmast" till "root"-omkopplaren (antalet mellanhänder och linjehastigheter). Alla andra nätverksportar som leder till "root"-switchen är blockerade. Således bildas ett träd med en rot i den valda kommutatorn.
På VLAN-aktiverade Cisco -switchar körs STP oberoende för varje virtuellt nätverk som standard.
Förutom STP kan switchar använda andra metoder för att upptäcka och eliminera loopar - till exempel genom att jämföra switchningstabellerna (listor över MAC-adresser) för olika portar, eller genom att jämföra kontrollsummorna för passerande paket (en matchning indikerar samma paket som visas på grund av loopar). Jämfört med de beskrivna metoderna, som slumpmässigt (eller baserat på vissa gissningar) blockerar "dubbletter" portar, ger STP-protokollet en trädstruktur för hela segmentet, med valfritt antal redundanta linjer mellan godtyckliga switchar som stöder STP.
| Överföringshastighet | Kostnad (802.1D-1998) | Kostnad ( 802.1W-2001 ) |
|---|---|---|
| 4 Mbps | 250 | 5 000 000 |
| 10 Mbps | 100 | 2 000 000 |
| 16 Mbps | 62 | 1 250 000 |
| 100 Mbps | 19 | 200 000 |
| 1 Gbps | fyra | 20 000 |
| 2 Gbps | 3 | 10 000 |
| 10 Gbps | 2 | 2000 |
Varje port som är involverad i STP kan fungera i ett av följande lägen (roller):
Rapid STP (RSTP) är en betydande förbättring av STP. Först och främst är det nödvändigt att notera minskningen av konvergenstiden och den högre stabiliteten. Till stor del uppnås detta tack vare de idéer som Cisco Systems använder som proprietära tillägg till STP. RSTP beskrivs i IEEE 802.1w-standarden (sedan inkluderad i 802.1D-2004).
Rapid STP är STP-kompatibel - om en enhet använder STP kommer RSTP också att använda STP med den enheten, men i det här läget kan det vara så att närvaron av RSTP på andra enheter inte ger fördelar jämfört med STP.
Per-VLAN STP (PVSTP), som namnet antyder, utökar funktionaliteten hos STP till att använda VLAN . Inom ramen för detta protokoll fungerar en separat instans av STP i varje VLAN. Det är en egenutvecklad förlängning av Cisco . Ursprungligen fungerade PVST-protokollet endast genom ISL- trunkar, sedan utvecklades PVST+-tillägget, vilket gjorde att det kunde fungera genom de mycket vanligare 802.1Q- trunkarna. Det finns implementeringar som kombinerar egenskaperna för PVST+ och RSTP, eftersom dessa tillägg påverkar oberoende delar av protokollet, vilket resulterar i (i Cisco-terminologi) Rapid PVST+. PVST+ är kompatibel med STP och kommunicerar till och med "via" switchar som inte stöder varken PVST+ eller Rapid PVST+ genom att använda multicast-ramar. Cisco Systems rekommenderar dock att du inte blandar switchar från olika tillverkare i samma nätverk för att undvika kompatibilitetsproblem mellan olika STP-implementeringar och varianter.
Ovanstående variationer av STP-protokoll kan klassificeras efter antalet STP-instanser i fallet när antalet VLAN är fler än ett. Det finns protokollvariationer där alla VLAN har en enda STP-instans (faktiskt STP, RSTP), och varianter där varje VLAN har sin egen STP-instans (PVST, PVST+, Rapid PVST+).
En viss redundans av variationer med en separat STP-instans för varje VLAN är att om topologin för flera VLAN är densamma, så upprepar motsvarande STP-instanser varandras arbete fullständigt. I det här fallet förvandlas i princip onödig drift av att i huvudsak duplicera varandras instanser av STP till en onödig extra belastning på switchprocessorn, och i slutändan kan det tvinga hårdvarudesigners att välja en kraftfullare processor med högre strömförbrukning för att säkerställa dess stabila drift, vilket kan medföra merkostnader.för kraftförsörjning och kyla både vid tillverkning av utrustning och i drift.
I detta avseende skiljer sig Multiple STP (MSTP) . Flera VLAN kan inkluderas i en MSTP-instans, förutsatt att deras topologi är densamma (när det gäller switcharna som ingår i VLAN och anslutningarna mellan dem). Det minsta antalet MSTP-instanser motsvarar antalet topologiskt unika VLAN-grupper i den andra nivådomänen (återigen, på nivån för switchar och anslutningar mellan dem). MSTP medför en viktig begränsning: alla switchar som deltar i MSTP måste ha samma konfigurerade VLAN-grupper (MST-instanser), vilket begränsar flexibiliteten vid ändring av nätverkskonfigurationer.
MSTP beskrivs i IEEE 802.1s-standarden (sedan inkluderad i 802.1Q-2003).
Shortest Path Bridging (SPB) IEEE 802.1aq övervinner blockeringsbegränsningar.
Algoritmen bakom STP utvecklades 1985 av Radia Perlman . Hon fick 1 vecka på sig att utveckla algoritmen. Hon gjorde det på 1 dag, och under den återstående tiden beskrev hon algoritmen i form av en dikt [3] :
Jag tror att jag aldrig kommer att se
En graf vackrare än ett träd.
Ett träd vars avgörande egenskap
är loopfri anslutning.
Ett träd som måste vara säker på att sträcka sig
så att paket kan nå alla LAN.
Först måste roten väljas.
Med legitimation väljs det.
Lägsta kostnadsvägar från root spåras.
I trädet är dessa stigar placerade.
Ett nät görs av folk som jag, sedan
hittar broar ett spännträd.
| Grundläggande TCP / IP-protokoll efter lager av OSI-modellen | |
|---|---|
| Fysisk | |
| kanaliserad | |
| nätverk | |
| Transport | |
| session | |
| Representation | |
| Applicerad | |
| Annat ansökt | |
| Lista över TCP- och UDP-portar | |