STP (Spanning Tree Protocol) является протоколом, используемым в компьютерных сетях для обеспечения избыточности и предотвращения петель при наличии множества путей между сетевыми устройствами. STP рассчитывает и поддерживает связующее дерево, которое оптимизирует передачу пакетов в сетевой инфраструктуре.
Для вычисления связующего дерева STP используются специальные кадры bpdu (Bridge Protocol Data Unit). Кадры bpdu передаются между устройствами, участвующими в STP, и содержат информацию, необходимую для определения корневого моста, вычисления пути до корневого моста и определения порта, который следует сохранить в открытом состоянии, принимая трафик. В зависимости от роли устройства в STP и настроек протокола, могут использоваться следующие типы кадров bpdu:
Tcn (Topology Change Notification) — кадр bpdu типа Tcn используется для оповещения устройств о изменении топологии сети. Когда происходит изменение в сети, например, при добавлении или удалении устройства, корневой мост отправляет кадр Tcn, чтобы уведомить остальные устройства о необходимости перерасчета связующего дерева.
Config — кадр bpdu типа Config содержит информацию, необходимую для выбора корневого моста и определения оптимального пути до него. Каждое устройство, участвующее в STP, отправляет и получает кадры Config, чтобы обновить данные о топологии сети и поддерживать ее актуальность.
Rstp (Rapid Spanning Tree Protocol) — кадр bpdu типа Rstp используется в RSTP, который является улучшенной версией STP и обеспечивает более быструю сходимость связующего дерева. Кадры Rstp содержат информацию о таймерах, состоянии порта и других параметрах, необходимых для быстрого вычисления оптимального пути и предотвращения петель в сети.
Корректная работа STP и вычисление связующего дерева невозможны без передачи и обработки кадров bpdu различных типов. Они позволяют сетевым устройствам эффективно обнаруживать изменения в топологии и поддерживать оптимальный маршрут для передачи пакетов.
Виды bpdu кадров и их роль в структуре связующего дерева STP
Содержание связующего дерева Spanning Tree Protocol (STP) основано на функционировании bridge protocol data unit (bpdu) кадров, которые передаются между мостами в сети Ethernet. Bpdu кадры несут информацию о структуре сети, о состоянии портов и уровне приоритета каждого моста в сети. Они играют важную роль в определении топологии сети и обеспечении устойчивости подключений.
Существует несколько типов bpdu кадров, которые выполняют различные функции в контексте связующего дерева STP:
- Configuration bpdu – эти кадры используются для построения и поддержания связующего дерева. Они содержат информацию о корневом мосте, его приоритете, идентификаторе корневого моста и стоимости пути до корневого моста. Configuration bpdu кадры рассылаются корневым мостом по всей сети для установления и обновления информации о топологии.
- Tcn (Topology Change Notification) bpdu – эти кадры используются для уведомления соседних мостов о изменениях в топологии сети, таких как добавление или удаление мостов или портов. Tcn bpdu кадры позволяют мостам быстро обнаруживать и адаптироваться к изменениям в сети, что помогает поддерживать стабильное связующее дерево.
- Rstp (Rapid Spanning Tree Protocol) bpdu – это расширенные bpdu кадры, которые используются в RSTP, улучшенной версии STP. Rstp bpdu кадры содержат дополнительную информацию, такую как порядковый номер состояния порта, что позволяет более эффективно определять переход моста в активное или блокирующее состояние порта.
- Pvst (Per-VLAN Spanning Tree) bpdu – эти кадры используются вместе с Cisco Per-VLAN Spanning Tree Protocol (PVSTP) для поддержания связующего дерева на уровне виртуальных локальных сетей (VLAN). Pvst bpdu кадры обеспечивают отдельное связующее дерево для каждой VLAN, что позволяет эффективно управлять трафиком и избежать циклических путей в многоуровневых сетях.
В целом, bpdu кадры играют важную роль в определении структуры и поведения связующего дерева STP. Они обеспечивают эффективную передачу информации о топологии сети и обеспечивают устойчивость подключений, что способствует безопасной и стабильной работе этих сетей.
Родительские bpdu кадры
Родительские bpdu кадры используются в протоколе stp (spanning tree protocol) для определения корневого коммутатора и вычисления связующего дерева. Они отправляются корневым коммутатором и пересылаются через сеть до всех других коммутаторов. Родительские bpdu кадры содержат следующую информацию:
| Поле | Описание |
|---|---|
| Bridge ID | Уникальный идентификатор коммутатора, состоящий из приоритета и MAC-адреса коммутатора |
| Root Bridge ID | Идентификатор корневого коммутатора |
| Path Cost | Стоимость пути от коммутатора до корневого коммутатора |
| Port ID | Уникальный идентификатор порта |
| Message Age | Возраст сообщения, отображает сколько времени прошло с момента отправки корневого kpdu |
| Max Age | Максимальное время ожидания для bpdu кадра |
| Forward Delay | Время, необходимое для сбора информации о топологии сети |
Родительские bpdu кадры позволяют коммутаторам обмениваться информацией о связующем дереве и определять оптимальные пути для пересылки данных в сети.
Корневые bpdu кадры
Каждый корневой коммутатор отправляет корневой bpdu кадр с определенными параметрами, включая его приоритет и MAC-адрес. Когда другие коммутаторы получают этот кадр, они сравнивают его с собственными параметрами и принимают решение о том, какие порты должны быть корневыми портами и пересылающими портами.
Корневые bpdu кадры используются для определения дерева с наименьшим путем до корневого коммутатора. Коммутатор с наименьшим приоритетом становится корневым коммутатором, и его порты, через которые корневые bpdu кадры передаются с наименьшими затратами, становятся корневыми портами. Корневые bpdu кадры также используются для определения пересылающих портов, которые передают кадры по дереву в соответствии с заданной ограниченной пропускной способностью.
Кадры с информацией о маршрутизаторе
Кадры с информацией о маршрутизаторе, также известные как «тип 2» кадры, содержат информацию о маршрутизаторе, его приоритете и MAC-адресе. Они передаются через порты маршрутизатора и используются для обмена информацией о топологии с соседними маршрутизаторами.
Когда маршрутизатор получает кадр с информацией о маршрутизаторе от соседнего маршрутизатора, он обрабатывает эту информацию и применяет ее к вычислению связующего дерева STP. Это позволяет маршрутизаторам принимать решение о том, какой порт должен быть выбран как корневой порт, а также о наличии возможности задействования резервных портов.
Кадры с информацией о маршрутизаторе играют важную роль в определении оптимального пути для трафика и обеспечения безопасности сети. Они помогают предотвратить циклы в топологии сети, определяя, какие порты маршрутизатора должны быть заблокированы, а какие должны быть активными, чтобы трафик достигал своего назначения без помех.
Кадры с информацией о портах
Кадры с информацией о портах содержат в себе информацию о статусе портов на коммутаторах в сети. Эти кадры отправляются во все порты коммутатора для обмена информацией о связующем дереве.
Каждый коммутатор в сети отправляет свои кадры с информацией о портах, в которых указывается статус порта (открыт, заблокирован или используется) и информация о соседних коммутаторах.
Коммутаторы получают кадры с информацией о портах от соседних коммутаторов и обрабатывают эту информацию, чтобы решить, какие порты включить в связующее дерево STP. Коммутаторы также отправляют собственные кадры с информацией о портах для обновления информации о связующем дереве.
Кадры с информацией о портах позволяют коммутаторам в сети принимать решения о настройке и использовании портов в связующем дереве STP, что гарантирует эффективность и надежность работы сети.
Кадры с информацией о мостах
В протоколе Spanning Tree Protocol (STP) используются различные типы кадров Bridge Protocol Data Units (BPDU), которые служат для обмена информацией о мостах в сети. Каждый мост, участвующий в вычислении связующего дерева, отправляет и принимает BPDU.
Кадры с информацией о мостах содержат следующие поля:
- Bridge ID (ID моста): Идентификатор моста, состоящий из приоритета и MAC-адреса моста. Он используется для выбора корневого моста и определения пути до него.
- Root ID (ID корневого моста): Идентификатор корневого моста. Каждый мост сравнивает свой Bridge ID с Root ID, чтобы определить свою роль в связующем дереве.
- Root Path Cost (стоимость пути до корневого моста): Стоимость пути от моста до корневого моста. Она определяется суммированием стоимостей всех портов на пути до корневого моста.
- Root Port (корневой порт): Порт моста, который является наилучшим путем до корневого моста. Все остальные порты моста назначаются второстепенными портами.
- Designated Port (назначенный порт): Порт моста, который является лучшим путем от моста к корневому мосту среди всех портов, подключенных к этому сегменту сети.
- Bridge Priority (приоритет моста): Значение, определяющее важность моста в вычислении связующего дерева. Меньшее значение приоритета означает, что мост важнее.
- Port Priority (приоритет порта): Значение, определяющее важность порта моста в вычислении связующего дерева. Меньшее значение приоритета означает, что порт важнее.
С использованием этих полей мосты обмениваются информацией и строят связующее дерево, которое оптимизирует пути в сети и предотвращает возникновение петель.
Кадры с информацией о времени
Кадры с информацией о времени содержат данные о счетчике времени, используемом для избежания петель в сети. Счетчик времени в кадрах BPDU позволяет устройствам определить, какой порт является наименее затратным пути до корневого моста, и таким образом построить связующее дерево.
Каждый кадр с информацией о времени содержит следующую информацию:
- Идентификатор корневого моста — это уникальный идентификатор, присвоенный корневому мосту в сети.
- Счетчик времени — это значение, определяющее возраст кадра BPDU.
- Идентификатор моста отправителя — это уникальный идентификатор моста, который отправил кадр.
- Номер порта отправителя — это номер порта моста, через который отправляется кадр.
Кадры с информацией о времени позволяют настроить каждое устройство в сети Spanning Tree Protocol (STP) на определенные интервалы времени, в течение которых оно будет рассылать кадры BPDU для расчета и обновления связующего дерева. Эти кадры также позволяют обновлять информацию о времени счетчика на каждом устройстве, что помогает избегать петель и обеспечивает эффективность работы сети.
Кадры с информацией о приоритете
В кадрах с информацией о приоритете содержится информация о приоритете коммутатора и его системного идентификатора. Каждый коммутатор на сети имеет свой уникальный приоритет, который используется для определения корневого коммутатора и порта на пути до него.
Кадры с информацией о приоритете передаются между коммутаторами в составе BPDU, которые обновляются и передаются регулярно для поддержания актуального связующего дерева STP. При получении кадра с информацией о приоритете, каждый коммутатор проверяет его настраиваемый приоритет и сравнивает с текущим приоритетом. Если приоритет в принятом кадре ниже, коммутатор обновляет свой приоритет и информацию о порте, по которому получен кадр.
Кадры с информацией о приоритете являются важным элементом в алгоритме STP, который позволяет определить оптимальные пути в сети и избежать петель. Правильная настройка и обновление приоритетов коммутаторов позволяет оптимизировать трафик в сети и уменьшить нагрузку на отдельные коммутаторы.