Построение активной топологии связующего дерева

Для построения устойчивой активной топологии с помощью протокола STP с каждым коммутатором сети ассоциируется уникальный идентификатор моста (Bridge ID), а с каждым портом коммутатора – стоимость пути (Path Cost) и идентификатор порта (Port ID).

Процесс вычисления остового дерева начинается с выбора корневого моста(Root Bridge), от которого будет строиться дерево. В качестве корня дерева выбирается коммутатор с наименьшим значением идентификатора моста. Идентификатор моста – это 8-байтное поле, которое состоит из 2-х частей: приоритета моста (2 байта), назначаемого администратором (диапазон значений приоритетов: 0 - 61440, шаг 4096), и МАС-адреса блока управления коммутатора (6 байт).

Рис. 6.12 Идентификатор моста

При сравнении идентификаторов двух коммутаторов, сначала рассматривают значения приоритетов. Корневым мостом становится коммутатор с наименьшим значением приоритета. Если приоритеты одинаковы (по умолчанию приоритет равен 32768), то сравниваются МАС-адреса. Устройство с наименьшим МАС-адресом становится корневым мостом.

Рис. 6.13 Выборы корневого моста

В примере, показанном на рисунке 6.13, корневым мостом становится Коммутатор 1, т.к. при равных приоритетах он имеет наименьший МАС-адрес.

Для того чтобы в качестве корневого моста было выбрано определенное устройство (исходя из структуры сети), администратор может вручную назначить соответствующему коммутатору наименьшее значение приоритета.

Второй этап работы STP – выбор корневых портов(Root Port).

После окончания процесса выбора корневого моста, оставшиеся коммутаторы сети определяют стоимость каждого возможного пути от себя до корня дерева (Root Path Cost), которая рассчитывается как суммарное условное время на передачу данных от порта данного коммутатора до порта корневого моста. Условное время сегмента рассчитывается, как время передачи одного бита информации через канал с определенной полосой пропускания. Рекомендованные значения стоимости пути по умолчанию с учетом скорости передачи канала определены в стандартах IEEE 802.1D-1998 и IEEE 802.1D-2004. Значения, указанные в стандарте IEEE 802.1D-2004 рекомендуется использовать для совместимости с протоколами RSTP и MSTP.

Таблица 6.1 Стоимость пути STP в соответствии со стандартом IEEE 802.1D-1998

Параметр	Скорость канала	Рекомендованное значение	Рекомендованный диапазон	Диапазон значений
Стоимость пути	4 Мбит/с		100–1000	1–65 535
Стоимость пути	10 Мбит/с		50–600	1–65 535
Стоимость пути	16 Мбит/с		40–400	1–65 535
Стоимость пути	100 Мбит/с		10–60	1–65 535
Стоимость пути	1 Гбит/с		3–10	1–65 535
Стоимость пути	10 Гбит/с		1–5	1–65 535

Таблица 6.2 Стоимость пути STP в соответствии со стандартом IEEE 802.1D-2004

Параметр	Скорость канала	Рекомендованное значение	Рекомендованный диапазон	Диапазон значений
Стоимость пути	10 Мбит/с	2 000 000	200 000–20 000 000	1–200 000 000
Стоимость пути	100 Мбит/с	200 000	20 000–2 000 000	1–200 000 000
Стоимость пути	1 Гбит/с	20 000	2 000–200 000	1–200 000 000
Стоимость пути	10 Гбит/с	2 000	200–20 000	1–200 000 000

Сравнив стоимости всех возможных маршрутов до корня, каждый коммутатор выбирает среди них один, с наименьшим значением стоимости. Порт, соединяющий коммутатор с этим маршрутом, становится корневым портом. В случае если минимальные стоимости пути нескольких маршрутов окажутся одинаковыми, корневым портом станет порт, имеющий наименьшее значение идентификатора порта.

Рис. 6.14 Выбор корневых портов

Продолжим рассмотрение примера (рисунок 6.14). Между Коммутатором 1 и Коммутатором 2 имеются два канала связи: один канал со скоростью передачи 1 Гбит/с, второй канал со скоростью передачи 100 Мбит/с. Для того чтобы определить, какой из портов Коммутатора 2 (порт 1 или порт 2) станет корневым, необходимо сравнить стоимость каждого из маршрутов до корневого моста. В соответствии с рекомендованными стандартом IEEE 802.1D-2004 значениями стоимость пути через канал со скоростью 1 Гбит/с равна 20 000, стоимость пути через канал 100 Мбит/с равна 200 000. Стоимость маршрута через порт 1 Коммутатора 2 до корневого моста является наименьшей, поэтому порт 1 становится корневым портом Коммутатора 2.

Третий шаг работы STP – определение назначенных портов (Designated Port).

Каждый сегмент в коммутируемой сети имеет один назначенный порт. Этот порт функционирует как единственный порт моста, т.е. принимает кадры от сегмента и передает их в направлении корневого моста через корневой порт данного коммутатора. Коммутатор, содержащий назначенный порт для данного сегмента, называется назначенным мостом(Designated Bridge) этого сегмента. Назначенный порт сегмента определяется путем сравнения значений стоимости пути всех маршрутов от данного сегмента до корневого моста. Им становится порт, имеющий наименьшее значение стоимости среди всех портов, подключенных к данному сегменту. Если минимальные значения стоимости пути окажутся одинаковыми у двух или нескольких портов, то для выбора назначенного порта сегмента STP принимает решение на основе последовательного сравнения идентификаторов мостов и идентификаторов портов.

У корневого моста все порты являются назначенными, а их расстояние до корня полагается равным нулю. Корневого порта у корневого моста нет.

После выбора корневых и назначенных портов все остальные порты коммутаторов сети переводятся в состояние Blocking («Блокировка»), т.е. такое, при котором они принимают и передают только кадры BPDU. При таком выборе активных портов в сети исключаются петли, а оставшиеся связи образуют связующее дерево.

Продолжим рассмотрение примера (рисунок 6.15). В сегменте, соединяющем порт 2 Коммутатора 1 и порт 2 Коммутатора 2 надо заблокировать один из портов. Коммутатор 1 является корневым мостом, поэтому у порта 2 Коммутатора 1 расстояние до корневого моста равно 0, следовательно, порт 2 Коммутатора 2 будет заблокирован. Порт 3 Коммутатора 2 является назначенным портом для данного сегмента, т.к. от него имеется только один маршрут до корневого моста.

Рис. 6.15 Определение назначенных портов