Spanning Tree Protocol (STP, протокол покрывающего дерева) — канальный протокол. Основной задачей STP является устранение петель в топологии произвольной сети Ethernet, в которой есть один или более сетевых мостов, связанных избыточными соединениями. STP решает эту задачу, автоматически блокируя соединения, которые в данный момент для полной связности коммутаторов являются избыточными.
Необходимость устранения топологических петель в сети Ethernet следует из того, что их наличие в реальной сети Ethernet с коммутатором с высокой вероятностью приводит к бесконечным повторам передачи одних и тех же кадров Ethernet одним и более коммутатором, отчего пропускная способность сети оказывается почти полностью занятой этими бесполезными повторами; в этих условиях, хотя формально сеть может продолжать работать, на практике её производительность становится настолько низкой, что может выглядеть как полный отказ сети.
Первоначальный протокол STP описан в стандарте 802.1D. Позже появилось несколько новых протоколов (RSTP, MSTP, PVST, PVST+), отличающихся некоторыми особенностями в алгоритме работы, в скорости, в отношении к VLAN и ряде других вопросов, но в целом решающих ту же задачу похожими способами. Все их принято обобщённо называть STP – протоколами.
STP относится ко второму уровню модели OSI. Протокол описан в стандарте IEEE 802.1D, выработанным рабочей группой IEEE 802.1 по межсетевому взаимодействию.
Протокол работает на канальном уровне. STP позволяет делать топологию избыточной на физическом уровне, но при этом логически блокировать петли. Достигается это с помощью того, что STP отправляет сообщения BPDU и обнаруживает фактическую топологию сети. А затем, определяя роли коммутаторов и портов, часть портов блокирует так, чтобы в итоге получить топологию без петель.
Для того чтобы определить какие порты заблокировать, а какие будут передавать данные, STP выполняет следующее:
- Выбор корневого моста (Root Bridge)
- Определение корневых портов (Root Port)
- Определение выделенных портов (Designated Port)
Выбор корневого моста
Корневым становится коммутатор с наименьшим идентификатором моста (Bridge ID).
Только один коммутатор может быть корневым. Для того чтобы выбрать корневой коммутатор, все коммутаторы отправляют сообщения BPDU, указывая себя в качестве корневого коммутатора. Если коммутатор получает BPDU от коммутатора с меньшим Bridge ID, то он перестает анонсировать информацию о том, что он корневой и начинает передавать BPDU коммутатора с меньшим Bridge ID.
В итоге только один коммутатор останется корневым и будет передавать BPDU.
Изначально Bridge ID состоял из двух полей:
- Приоритет — поле, которое позволяет административно влиять на выборы корневого коммутатора. Размер — 2 байта,
- MAC-адрес — используется как уникальный идентификатор, который, в случае совпадения значений приоритетов, позволяет выбрать корневой коммутатор. Так как MAC-адреса уникальны, то и Bridge ID уникален, так что какой-то коммутатор обязательно станет корневым.
Определение корневых портов
Порт коммутатора, который имеет кратчайший путь к корневому коммутатору, называется корневым портом. У любого не корневого коммутатора может быть только один корневой порт. Корневой порт выбирается на основе меньшего Root Path Cost – это общее значение стоимости всех линков до корневого коммутатора. Если стоимость линков до корневого коммутатора совпадает, то выбор корневого порта происходит на основе меньшего Bridge ID коммутатора. Если и Bridge ID коммутаторов до корневого коммутатора совпадает, то тогда корневой порт выбирается на основе Port ID.
Определение назначенных портов
Коммутатор в сегменте сети, имеющий наименьшее расстояние до корневого коммутатора, называется назначенным коммутатором (мостом). Порт этого коммутатора, который подключен к рассматриваемому сегменту сети называется назначенным портом. Так же как и корневой порт выбирается на основе:
- Меньшего Root Path Cost.
- Меньшего Bridge ID.
- Меньшего Port ID.
Особенно эффективно совместное применение протоколов STP и EtherChannel.