Spanning-Tree Protocol

7.1.1. Redundancia


Redundancia je záloha primárnej cesty. Pri vysokých nárokoch na spoľahlivosť je redundancia nevyhnutná, pri prístupe na servery, databázy, intranet či internet.
7.1.2.   Redundantná topológia
Cieľom redundantnej topológie je eliminovať sieťové poruchy, spôsobené zlyhaním jedného bodu. Ako príklad je možné použiť sieť ciest. Ak cez rieku ide len jeden most a pri poruche je neprejazdný, sieť nie je redundantná. Výstavbou druhého mosta vytvárame redundantnú topológiu.
7.1.3.   Redundantná prepínaná topológia
Redundantná topológia môže spôsobovať broadcastové búrky, viacnásobné kópie rámcov a nestabilitu v MAC tabuľkách.
7.1.4.   Broadcastová búrka
Broadcast alebo multicast sú prenesené na všetky porty okrem toho, z ktorého prišiel. Pokiaľ sú v segmente 2 prepínače, budú oba síriť požiadavku na broadcast a odpovedať naň, čím sa vytvorí slučka. Tento proces bude pokračovať, až kým jeden z nich nebude odpojený. Tomuto sa hovorí broadcastová búrka. Pri tejto činnosti bude sieť extrémne pomalá, prípadne úplne spadne.
7.1.5.   Viacnásobné vysielanie rámca


cisco

Pri redundantných sieťach je možné, že koncové zariadenia prijme viacnásobne rovnaký rámec. Za predpokladu, že oba prepínače už vyradili MAC adresu Routra Y a X má záznam o MAC v ARP tabuľke môže dôjsť k viacnásobnému rámcu. X pošle rámec Y, ten ho aj prijme, ale A pošle tento rámec na všetky svoje porty, B ho prijme a taktiež ho pošle na všetky svoje porty.
7.1.6. Nestabilita v media access control database


cisco

V redundantných sieťach je možné, že sa
prepínače naučia nesprávne informácie.
Predpokladajme, že MAC adresa Routra Y
nie je v tabuľke MAC oboch prepínačov. X
pošle rámec na Y, oba prepínače sa naučia
MAC adresu X na porte 0. Rámec na Router
Y je rozvodnený na oboch prepínačoch.
A a B uvidia túto informáciu na porte 1
a naučia sa MAC adresu X na porte 1. Dôjde
k vytvoreniu slučky.
7.2.1. Redundantná topológia a spanning-tree protokol
Redundantné sieťové topológie zaisťujú, že pri výpadku jedného bodu budú sieťové funkcie pokračovať. Spoľahlivosť je zaistená redundanciou. Tieto prepojenia predstavujú fyzické slučky v sieti. Je potrebné zaistiť, aby sieť s fyzickými slučkami vytvárali topológiu bez logických slučiek. spanning-tree algoritmus - algoritmus použitý na vytvorenie siete bez logických slučiek


7.2.2 Spanning-Tree Protocol


Ethernetové prepínače a mosty implementujú IEEE 802.1D Spanning-Tree Protocol na vytvorenie siete bez slučiek z najkratšou cestou. Cesta sa vyberá na základe rýchlosti linky, ohodnotenie vytvorí na základe stromovej štruktúry, cesty s nižšou rýchlosťou sú blokované.
Na vytvorenie siete bez slučiek sú potrebné zariadenia, ktoré detekujú bridging loops.
Bridge Protocol Data Unit (BPDU) - správy posielané prepínačmi, ktoré umožňujú formátovať
logickú topológiu bez slučiek.                                                                                                      '
Informácie obsiahnuté v BPDU umožňujú:

  1. vybrať jeden prepínač, ktorý bude rootom pre spanning-tree                                                   i
  2. výpočet najkratšej cesty                                                                                                     ¥ Block
  3. vybrať root port k root prepínaču                                 ------ 1------------------------------------ 1-----
  4. vybrať porty, ktoré sú spanning-tree

Provides a loop-free, redundant network topology by placing certain ports in the blocking state.
7.2.3 Funkcia Spanning-tree


cisco

Pri stabilizovanej sieti je sieť skonvergovaná a nie sú vyžadované žiadne spanning-tree operácie. Každý prepínač obsahuje:

  1. jeden root most pre sieť
  2. jeden root port pre nerootový most
  3. jeden predvolený port pre segment
  4. nepoužité porty

Root port a predvolený port sa používajú pre data. Nepoužité porty zahadzujú data, hovorí sa im blocking (B) alebo discarding ports


7.2.4.   Výber root bridge
Prvým krokom, ktorý bridge po zapnutí robia, je identifikácia root bridge cez spanning-tree algoritmus. Sú poslané BPDUs, ktoré obsahujú Bridge ID (BID), default je 32768 a MAC adresy. BPDUs sú posielané každé 2 sekundy.
Výber root: pri prvom zapnutí prepínač vyšle BPDUs so svojim ID a MAC, ostatné prijmú tieto dáta a spracujú ich, ak ID číslo je menšie ako ich zaznamenané, vymenia ho. ID priorita sa dá ručne nastaviť na menšie číslo.
7.2.5.   Stavy spanning-tree portov
Topologické zmeny v jednej časti siete nie sú hneď známe v druhej časti siete. Je tu nejaké oneskorenie. Prepínač by nemal meniť stav portu z neaktívneho na aktívne, dochádzalo by k slučkám. Každý port má 5 stavov.


cisco
  1. blokovacom stave môže len prijímať BPDUs, ostatné dáta budú zahodené. trvá to 20 sekúnd.
  2. načúvacom stave určuje, či sú nejaké iné cesty k root prepínaču. Trvanie 15 sekúnd. Stále sú spracovávané len BPDUs, ostatné dáta budú zahodené.
  3. stave učenia nie sú ešte dáta prenášané, ale učia sa MAC adresy. Trvanie 15 sekúnd.
  4. dopravnom stave sú prenášané dáta a učia sa MAC. Stále sú spracovávané BPDUs. Vo vypnutom stave je port po vypnutí

administrátorom alebo pri zlyhaní.


7.2.6. Rekalkulácia Spanning-tree
Pri topologických zmenách na sieti, prepínače a mosty, prepočítajú Spanning-tree. Na konvergenciu siete sa používa IEEE 802.1D štandard a konvergencia siete nastáva do 50 sekúnd. Oneskorenie je tvorené 20 sekundovou životnosťou, 15 sekúnd na počúvanie a 15 sekúnd na učenie.
7.2.7 Rapid Spanning-Tree Protocol
Je definovaný ako 802.1w LAN štandard. Obsahuje:

  1. Clarification stavov a úloh portov
  2. definovanie linkových typov
  3. Concept of allowing switches, in a converged network, to generate their own BPDUs rather than relaying root bridge BPDUs

cisco

Typy liniek sú definované ako point-to-point, edge-type a zdieľané. Tieto zmeny umožňujú rýchle naučenie pri zlyhaní. Point-to-point links a edge-type – do dopravného stavu môžu prejsť hneď, konvergencia trvá do 15 sekúnd.