Spanning Tree Protocol (STP)

Pengertian

Pohon Spanning protokol (STP) adalah link layer protokol jaringan yang menjamin bebas loop topologi untuk setiap dijembatani LAN . Dengan demikian, fungsi dasar dari STP adalah untuk mencegah loop jembatan dan berikutnya radiasi siaran .

Dalam model OSI untuk jaringan komputer, STP berada di bawah lapisan OSI-2 . Ini adalah standar sebagai 802.1d . Seperti namanya, itu menciptakan sebuah pohon rentang dalam jaringan mesh terhubung lapisan-2 jembatan (biasanya Ethernet switch ), dan menonaktifkan link tersebut yang bukan merupakan bagian dari spanning tree, meninggalkan sebuah jalan aktif tunggal antara dua node jaringan.
Pohon Spanning memungkinkan desain jaringan untuk memasukkan cadang (berlebihan) link untuk menyediakan jalur cadangan otomatis jika sebuah link aktif gagal, tanpa bahaya loop jembatan, atau kebutuhan untuk manual mengaktifkan / menonaktifkan link tersebut cadangan. Jembatan loop harus dihindari karena mereka mengakibatkan banjir jaringan lokal.
STP didasarkan pada algoritma ditemukan oleh Radia Perlman ketika bekerja untuk Digital Equipment Corporation .


Protokol operasi

Pengumpulan jembatan di LAN bisa dianggap sebagai grafik yang node adalah jembatan dan segmen LAN (atau kabel), dan yang ujung-ujungnya interface jembatan untuk menghubungkan segmen-segmen.

Untuk memecahkan loop dalam LAN dengan tetap menjaga akses ke semua segmen LAN, jembatan kolektif menghitung sebuah pohon rentang . Pohon rentang tidak selalu merupakan biaya minimum spanning tree. Seorang administrator jaringan dapat mengurangi biaya pohon rentang, jika perlu, dengan mengubah beberapa parameter konfigurasi sedemikian rupa untuk mempengaruhi pilihan akar pohon rentang.

Pohon rentang bahwa jembatan menghitung menggunakan Spanning Tree Protocol dapat ditentukan dengan menggunakan aturan berikut. Jaringan contoh di sebelah kanan, di bawah ini, akan digunakan untuk menggambarkan peraturan.


1. Sebuah jaringan contoh. Kotak nomor merupakan jembatan (nomor tersebut merupakan ID jembatan). Awan berhuruf mewakili segmen jaringan.


2. ID jembatan terkecil adalah 3. Oleh karena itu, jembatan 3 adalah jembatan akar.


3. Dengan asumsi bahwa biaya melintasi setiap segmen jaringan adalah 1, jalur biaya termurah dari jembatan 4 ke jembatan akar berjalan melalui segmen jaringan c. Oleh karena itu, port root untuk jembatan 4 adalah salah satu segmen jaringan c.


4. , Jalur biaya termurah untuk akar dari e segmen jaringan melewati jembatan 92. Oleh karena port yang ditunjuk untuk e segmen jaringan adalah port yang menghubungkan jembatan 92 untuk segmen jaringan e.


5. Diagram ini menggambarkan menyatakan port semua yang dihitung oleh algoritma spanning tree. Setiap port aktif yang tidak port root atau port yang ditunjuk adalah pelabuhan diblokir.


6. Setelah kegagalan link algoritma spanning tree menghitung dan meliputi pohon baru yang paling murah.

Pilih sebuah jembatan akar. Jembatan akar pohon merentang adalah jembatan dengan terendah) jembatan ID (terkecil. jembatan Masing-masing memiliki identifikasi unik (ID) dan nomor prioritas dikonfigurasi; ID jembatan berisi angka. Untuk membandingkan dua ID jembatan, prioritas dibandingkan pertama. Jika dua jembatan memiliki prioritas yang sama, maka alamat MAC dibandingkan. Sebagai contoh, jika switch A (MAC = 0200.0000.1111) dan B (MAC = 0200.0000.2222) keduanya memiliki prioritas 10, maka Switch akan dipilih sebagai jembatan root. Jika administrator jaringan ingin beralih B menjadi jembatan akar, mereka harus mengatur prioritas kurang dari 10.

Tentukan biaya minimal jalan ke jembatan akar. Pohon rentang dihitung memiliki aset yang pesan dari setiap perangkat yang terhubung ke melintasi jembatan akar jalur biaya termurah, yaitu jalan dari perangkat ke akar yang memiliki biaya minimum antara semua jalan dari perangkat ke akar. Biaya melintasi jalur adalah jumlah biaya dari segmen di jalan. teknologi yang berbeda memiliki biaya default yang berbeda untuk segmen jaringan. Administrator dapat mengkonfigurasi biaya melintasi segmen jaringan tertentu.

Properti bahwa pesan selalu melintasi jalan paling murah untuk akar dijamin oleh dua aturan berikut.

Least path biaya dari setiap jembatan. Setelah jembatan akar telah dipilih, setiap jembatan menentukan biaya dari setiap jalur yang mungkin dari dirinya sendiri ke akar. Dari ini, itu memilih satu dengan biaya terkecil (jalur paling-biaya). Port menghubungkan ke jalan yang menjadi port root (RP) dari jembatan.

Least path biaya dari setiap segmen jaringan. jembatan pada segmen jaringan kolektif menentukan jembatan memiliki biaya-jalan paling tidak dari segmen jaringan ke akar. Port menghubungkan jembatan ini ke segmen jaringan maka port yang ditunjuk (DP) untuk segmen tersebut.

Nonaktifkan semua path akar lainnya. Setiap port aktif yang tidak port root atau port yang ditunjuk adalah pelabuhan diblokir (BP).

Modifikasi dalam hal hubungan. The peraturan di atas berlebihan menyederhanakan situasi sedikit, karena ada kemungkinan bahwa ada ikatan, misalnya, dua atau lebih port pada sebuah jembatan tunggal yang melekat dengan biaya jalan paling ke akar atau dua atau lebih jembatan pada segmen jaringan yang sama memiliki jalan sama setidaknya-biaya akar. Untuk mematahkan ikatan tersebut:

Memutuskan hubungan untuk port root. Ketika jalan beberapa dari jembatan-biaya paling tidak jalan, jalan yang dipilih menggunakan jembatan tetangga dengan ID jembatan rendah. Port root sehingga satu menghubungkan ke jembatan dengan ID jembatan terendah. Sebagai contoh, pada Gambar 3, jika saklar 4 yang terhubung ke segmen jaringan d, akan ada dua jalan panjang 2 ke akarnya, satu jalur akan melalui jembatan 24 dan yang lainnya melalui jembatan 92. Karena ada dua jalur biaya termurah, ID jembatan yang lebih rendah (24) akan digunakan sebagai pemutus-dasi dalam memilih jalan mana yang digunakan.

Memutuskan hubungan untuk pelabuhan yang ditunjuk. Bila lebih dari satu segmen jembatan mengarah ke jalur biaya terkecil untuk akar, jembatan dengan ID jembatan kecil digunakan untuk meneruskan pesan ke akar. Port melampirkan jembatan yang ke segmen jaringan adalah port yang ditujukan untuk segmen tersebut. Pada gambar 4, ada dua jalur biaya termurah dari segmen jaringan d ke akarnya, satu akan melalui jembatan 24 dan yang lainnya melalui jembatan 92. ID jembatan rendah adalah 24, sehingga pemutus dasi menentukan bahwa port yang ditunjuk adalah port di mana segmen jaringan d terhubung ke jembatan 24. Jika ID jembatan yang sama, maka jembatan dengan alamat MAC terendah akan memiliki pelabuhan yang ditunjuk. Dalam kedua kasus, yang kalah set port sebagai diblokir.

Dasi akhir-breaker. Dalam beberapa kasus, mungkin masih ada dasi, seperti ketika dua jembatan dihubungkan dengan kabel ganda. Dalam hal ini, beberapa port pada sebuah jembatan tunggal adalah kandidat untuk pelabuhan root. Dalam hal ini, jalan yang melewati port di jembatan tetangga yang memiliki prioritas port terendah digunakan.

Data rate dan jalur biaya STP

Tabel di bawah ini menunjukkan biaya sebuah antarmuka default untuk laju data yang diberikan.
Data rate STP Biaya (802.1d-1998) STP Biaya (802.1t-2001)
4 Mbit / s 250 5,000,000
10 Mbit / s 100 2,000,000
16 Mbit / s 62 1,250,000
100 Mbit / s 19 200,000
1 Gbit / s 4 20,000
2 Gb / s 3 10,000
10 Gb / s 2 2,000

Bridge Protocol Data Unit (BPDUs)

Aturan di atas menggambarkan salah satu cara untuk menentukan apa pohon rentang akan dihitung dengan algoritma, tetapi aturan seperti ditulis memerlukan pengetahuan dari seluruh jaringan. Jembatan harus menentukan jembatan akar dan menghitung peran pelabuhan (root, ditunjuk, atau diblokir) dengan hanya informasi yang mereka miliki. Untuk memastikan bahwa jembatan masing-masing memiliki informasi yang cukup, jembatan penggunaan khusus yang disebut data frame Bridge Protocol Data Unit (BPDUs) untuk bertukar informasi tentang ID jembatan dan jalur biaya root.

Sebuah jembatan mengirimkan bingkai BPDU menggunakan alamat MAC yang unik dari pelabuhan itu sendiri sebagai alamat sumber dan alamat tujuan STP alamat multicast 01:80: C2: 00:00:00.

Ada tiga jenis BPDUs:
• Konfigurasi BPDU (CBPDU), digunakan untuk perhitungan Pohon merentang
• Topologi Pemberitahuan Perubahan (TCN) BPDU, digunakan untuk mengumumkan perubahan dalam topologi jaringan
• Topologi Pemberitahuan Perubahan Pengakuan (TCA)

BPDUs dipertukarkan secara berkala (setiap 2 detik secara default) dan memungkinkan switch untuk melacak perubahan jaringan dan untuk memulai dan berhenti meneruskan di pelabuhan sesuai kebutuhan.

Ketika sebuah perangkat pertama kali terpasang ke port switch, tidak akan segera memulai untuk meneruskan data. Ini bukan akan melalui sejumlah negara ketika proses BPDUs dan menentukan topologi jaringan. Ketika suatu tuan rumah terpasang seperti printer, komputer atau server port akan selalu masuk ke negara forwarding, meskipun setelah tertunda sekitar 30 detik saat ia pergi melalui mendengarkan dan belajar negara (lihat di bawah). Waktu yang dihabiskan di negara-negara mendengar dan belajar ditentukan oleh nilai yang dikenal sebagai keterlambatan maju (15 default detik dan ditetapkan oleh jembatan akar). Namun, jika bukan yang lain switch tersambung, port dapat tetap berada dalam mode memblokir jika ditentukan bahwa hal itu akan menyebabkan loop dalam jaringan. Topologi Pemberitahuan Perubahan (TCN) BPDUs digunakan untuk menginformasikan switch lain perubahan port. TCNs yang disuntikkan ke jaringan dengan switch non-root dan disebarkan kepada akar. Setelah penerimaan TCN, saklar akar akan menetapkan bendera Topologi Perubahan BPDUs normal. bendera ini disebarkan kepada semua switch lain untuk memerintahkan mereka untuk cepat usia keluar entri tabel forwarding mereka ....

STP port switch menyatakan:
• Blokir - Sebuah port yang akan menyebabkan loop switching, tidak ada data pengguna yang dikirim atau diterima tapi mungkin masuk ke modus forwarding jika link lainnya yang digunakan adalah untuk gagal dan algoritma spanning tree menentukan port dapat transisi ke keadaan forwarding. Data BPDU masih diterima dalam menghalangi negara.
• Mendengarkan - saklar Proses BPDUs dan menunggu informasi baru kemungkinan yang akan menyebabkan ia kembali ke negara memblokir.
• Belajar - Sedangkan port belum frame maju (paket) itu tidak belajar alamat sumber dari frame yang diterima dan menambahkannya ke database penyaringan (switching database)
• Forwarding - port A menerima dan mengirim data, operasi normal. STP masih monitor BPDUs masuk yang akan menunjukkan harus kembali ke negara memblokir untuk mencegah loop.
• Cacat - Tidak sepenuhnya bagian dari STP, seorang administrator jaringan secara manual dapat menonaktifkan port

Untuk mencegah penundaan saat menghubungkan host untuk beralih dan selama beberapa perubahan topologi, Rapid STP dikembangkan dan distandarisasi oleh IEEE 802.1w, yang memungkinkan sebuah port switch dengan cepat transisi ke dalam negara forwarding selama situasi ini.

Bidang BPDU

ID jembatan, atau BID, adalah bidang di dalam BPDU paket. Ini adalah delapan byte panjangnya. Dua byte pertama adalah Jembatan Prioritas, unsigned integer dari 0-65,535. Pada enam byte adalah alamat MAC yang disediakan oleh saklar . Dalam hal MAC Address Pengurangan digunakan, dua byte pertama digunakan berbeda. Pertama empat bit merupakan prioritas dikonfigurasi, dan dua belas bit terakhir membawa baik VLAN ID atau MSTP nomor contoh.

Evolutions dan ekstensi

Pohon protokol spanning pertama ditemukan pada tahun 1985 di Digital Equipment Corporation oleh Radia Perlman [1] . Pada tahun 1990, IEEE menerbitkan standar pertama untuk protokol sebagai 802.1d [3] , berdasarkan algoritma yang dirancang oleh Perlman. versi berikutnya diterbitkan pada tahun 1998 [4] dan 2004 [5] , menggabungkan berbagai ekstensi.
Meskipun tujuan standar adalah untuk mempromosikan interworking peralatan dari vendor yang berbeda, implementasi yang berbeda dari standar tidak dijamin untuk bekerja, karena misalnya untuk perbedaan dalam pengaturan waktu default. IEEE mendorong vendor untuk menyediakan sebuah " Pernyataan Kesesuaian Implementasi Protokol ", yang menyatakan kemampuan dan opsi telah diterapkan [5] , untuk membantu pengguna menentukan apakah implementasi yang berbeda akan interwork benar.

Juga, Perlman-terinspirasi asli Spanning Tree Protokol, yang disebut DEC STP, tidak standar dan berbeda dari versi IEEE dalam format pesan serta pengaturan waktu. Beberapa jembatan mengimplementasikan baik IEEE dan versi Desember dari Spanning Tree Protokol, tapi interworking mereka dapat membuat masalah untuk administrator jaringan, seperti yang digambarkan oleh masalah yang dibahas dalam garis Cisco dokumen-on. [6]

Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP)

Pada tahun 1998, IEEE dengan 802.1w dokumen memperkenalkan suatu evolusi dari Spanning Tree Protokol: Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP), yang menyediakan untuk lebih cepat mencakup konvergensi pohon setelah perubahan topologi. Standar IEEE-2004 802.1d sekarang menggabungkan RSTP dan obsoletes STP. Sementara STP dapat mengambil 30 sampai 50 detik untuk merespon perubahan topologi, RSTP biasanya mampu menanggapi perubahan dalam waktu 3 * Hello kali (default adalah 6 detik).

Jembatan port RSTP peran:
• Root - Sebuah port forwarding yang port terbaik dari Nonroot-jembatan untuk Rootbridge
• Ditunjuk - Sebuah port forwarding untuk setiap segmen LAN
• Alternatif - Jalur alternatif ke jembatan akar. Jalur ini berbeda dengan menggunakan port root.
• Backup - backup A redundant path / ke segmen mana port lain jembatan sudah menghubungkan.
• Cacat - Tidak sepenuhnya bagian dari STP, seorang administrator jaringan secara manual dapat menonaktifkan port
RSTP adalah penyempurnaan dari saham STP dan karena itu sebagian besar karakteristik dasar operasi. Namun ada beberapa perbedaan penting dengan ringkasan sebagai berikut:
• Deteksi kegagalan root menukar dilakukan dalam 3 halo kali, yang 6 detik jika default halo kali belum diubah.
• Port dapat dikonfigurasi sebagai pelabuhan tepi jika mereka terpasang ke LAN yang tidak memiliki jembatan lain terlampir. Tepi ini port transisi langsung ke negara forwarding. RSTP masih terus memantau port untuk BPDUs dalam kasus jembatan tersambung. RSTP juga dapat dikonfigurasi untuk secara otomatis mendeteksi port tepi. Segera setelah jembatan mendeteksi BPDU datang ke tepi port, port menjadi port non-tepi.
• Tidak seperti di STP, RSTP akan merespon BPDUs dikirim dari arah jembatan akar. Sebuah jembatan RSTP akan "mengusulkan" informasi pohon rentang untuk pelabuhan yang ditunjuk. Jika ada jembatan RSTP menerima informasi ini dan menentukan ini adalah informasi akar unggul, itu set semua port lain untuk membuang. Jembatan dapat mengirimkan sebuah "kesepakatan" untuk jembatan pertama mengkonfirmasikan informasi pohon superior spanning. Jembatan pertama, setelah menerima perjanjian ini, tahu bisa cepat transisi bahwa port ke keadaan forwarding melewati mendengarkan tradisional / transisi negara belajar. Hal ini pada dasarnya menciptakan efek mengalir jauh dari jembatan akar di mana setiap jembatan yang ditunjuk mengusulkan untuk tetangga untuk menentukan apakah itu bisa membuat transisi yang cepat. Ini adalah salah satu elemen utama yang memungkinkan RSTP untuk mencapai konvergensi kali lebih cepat dari STP.
• Seperti dijelaskan dalam rincian peran pelabuhan di atas, RSTP mempertahankan cadangan rincian tentang status pembuangan port. Hal ini untuk menghindari timeout jika port forwarding saat ini adalah untuk gagal atau BPDUs tidak diterima pada port akar dalam interval tertentu.

Per-VLAN Spanning Tree (PVST)

Dalam Ethernet diaktifkan lingkungan di mana beberapa Virtual LAN ada, spanning tree dapat digunakan setiap Virtual LAN. Cisco nama s 'untuk ini adalah per VLAN spanning tree ( PVST dan PVST +, yang merupakan protokol standar yang digunakan oleh switch Cisco). Baik PVST dan PVST + protokol Cisco protokol proprietary dan mereka tidak dapat digunakan pada 3 switch pihak, meskipun Force10 Networks dan Extreme Networks dukungan PVST +, Extreme Networks melakukannya dengan dua keterbatasan (kurangnya dukungan pada port mana VLAN yang ditandai / asli dan juga pada VLAN dengan ID 1). PVST hanya bekerja dengan ISL (proprietary protokol's Cisco untuk VLAN enkapsulasi) karena pohon merentang ID tertanam nya. Karena penetrasi tinggi dari IEEE 802.1Q VLAN trunking standar dan Teman-ketergantungan PVST di ISL, Cisco mendefinisikan PVST berbeda + standar untuk 802.1Q enkapsulasi. PVST bisa terowongan + melintasi MSTP Daerah.

Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP)

Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP), awalnya didefinisikan dalam IEEE 802.1s dan kemudian digabungkan ke IEEE 802.1Q -2003, mendefinisikan ekstensi ke RSTP untuk mengembangkan lebih lanjut kegunaan LAN virtual (VLAN). Ini "Per-VLAN" Multiple Spanning Tree Protocol mengkonfigurasi terpisah Spanning Tree untuk setiap grup VLAN dan blok semua kecuali salah satu jalan alternatif yang mungkin dalam setiap Pohon merentang.
Jika hanya ada satu Virtual LAN ( VLAN ) dalam jaringan, tunggal (tradisional) STP bekerja tepat. Jika jaringan berisi lebih dari satu VLAN, jaringan logis dikonfigurasi oleh STP tunggal akan bekerja, tetapi adalah mungkin untuk membuat lebih baik menggunakan jalur alternatif yang tersedia dengan menggunakan pohon rentang alternatif untuk VLAN yang berbeda atau kelompok VLAN.

MSTP memungkinkan pembentukan daerah MST yang dapat menjalankan beberapa contoh MST (MSTI). Beberapa daerah dan lainnya STP jembatan saling berhubungan menggunakan salah satu pohon rentang tunggal umum (CST).

MSTP terinspirasi oleh Cisco Systems 'Beberapa Contoh Spanning Tree Protocol (MISTP), dan merupakan evolusi dari Spanning Tree Protokol dan Rapid Spanning Tree Protocol . Saat itu diperkenalkan di IEEE 802.1s sebagai perubahan atas 802.1Q, 1998 edisi. Standar IEEE 802.1Q-2003 sekarang termasuk MSTP.

Tidak seperti beberapa implementasi per-VLAN pohon rentang eksklusif [9] , MSTP mencakup semua informasi pohon rentang dalam format BPDU tunggal. Hal ini tidak hanya mengurangi jumlah BPDUs diperlukan pada LAN untuk berkomunikasi mencakup informasi pohon untuk setiap VLAN, tetapi juga memastikan kompatibilitas dengan RSTP (dan berlaku, STP klasik juga). MSTP melakukan hal ini dengan informasi pengkodean wilayah tambahan setelah BPDU RSTP standar serta jumlah pesan MSTI (0-64 kasus, walaupun dalam prakteknya banyak jembatan kurang mendukung). Masing-masing pesan konfigurasi MSTI menyampaikan informasi pohon rentang misalnya masing-masing. Setiap contoh dapat diberikan sejumlah VLAN dikonfigurasi dan frame (paket) yang ditugaskan untuk VLAN ini beroperasi dalam hal ini pohon rentang kapan pun mereka berada di dalam wilayah MST. Untuk menghindari menyampaikan VLAN seluruh mereka untuk mencakup pemetaan pohon di setiap BPDU, jembatan mengkodekan MD5 digest dari VLAN mereka ke meja misalnya dalam BPDU MSTP. Ini digest ini kemudian digunakan oleh jembatan MSTP lain, serta nilai-nilai administratif dikonfigurasi lain, untuk menentukan apakah jembatan tetangga di wilayah MST yang sama seperti itu sendiri.

MSTP sepenuhnya kompatibel dengan RSTP jembatan, di sebuah BPDU MSTP dapat diartikan oleh jembatan RSTP sebagai BPDU RSTP. Hal ini tidak hanya memungkinkan kompatibilitas dengan jembatan RSTP tanpa perubahan konfigurasi, tetapi juga menyebabkan jembatan RSTP apapun di luar dari wilayah MSTP untuk melihat daerah sebagai jembatan RSTP tunggal, terlepas dari jumlah jembatan MSTP di dalam daerah itu sendiri. Dalam rangka untuk lebih memudahkan pandangan dari daerah MST sebagai jembatan RSTP tunggal, protokol MSTP menggunakan variabel yang dikenal sebagai hops sisa waktu untuk hidup counter bukan usia timer pesan yang digunakan oleh RSTP. Waktu umur pesan hanya bertambah sekali ketika mencakup informasi pohon memasuki wilayah MST, dan karena itu RSTP jembatan akan melihat suatu daerah karena hanya "hop" satu di pohon rentang. Pelabuhan di tepi sebuah daerah MST terhubung ke sebuah jembatan baik RSTP atau STP atau titik akhir dikenal sebagai port batas. Seperti di RSTP, port ini dapat dikonfigurasi sebagai pelabuhan tepi untuk memfasilitasi perubahan cepat ke negara forwarding ketika terhubung ke titik akhir.

Rapid Per-VLAN Spanning Tree (R-PVST)

Protokol proprietary Cisco yang menggabungkan fungsionalitas dari RSTP dan PVST. Hal ini didasarkan pada per VLAN contoh yang menciptakan pohon untuk setiap VLAN.