- Что такое STP и зачем он нужен?
- Почему возникают петли и чем они опасны?
- Как происходит выбор корневого моста?
- Роли портов в STP: кто чем занимается?
- Состояния портов: от блокировки до пересылки
- Как STP обрабатывает изменения топологии? (TCN)
- Блокировка избыточных каналов: выбор места разрыва кольца
- Таймеры и сходимость STP: сколько ждать до старта?
- Что такое BPDU и что в них содержится?
- Root-guard: защита корня как охрана у врат
- Настройка "места разрыва кольца" на оборудовании Sprinter
- Последовательность действий при запуске STP
- Итог: как не запутаться в сетевых узлах
- FAQ
- Чек-лист для настройки STP
- Советы от сети-шутника
Вы когда-нибудь задумывались, почему сети Ethernet, состоящие из множества коммутаторов, не превращаются в гигантский круговорот пакетов, который напоминает бесконечный танец? Ответ — это протокол Spanning Tree Protocol, или просто STP. В этой статье мы подробно разберём, как STP спасает сети от хаоса, как коммутаторы договариваются, кто в их дереве будет главным, а какие порты стоит отключить, чтобы избежать сетевых петель и аварий.
Что такое STP и зачем он нужен?
Представьте сеть Ethernet как огромный город с множеством дорог (связей между коммутаторами). Если все дороги соединять, как попало, машинам (пакетам данных) будет сложно не заблудиться — начнется бесконечное блуждание по кругу, которое приведёт к пробкам и авариям. Вот тут на помощь и приходит STP — протокол второго уровня модели OSI, который превращает хаос в аккуратное древо с корнем в виде одного главного коммутатора (Root Bridge).
Протокол блокирует лишние, избыточные пути, чтобы исключить циклы в топологии. В итоге пакеты идут по дереву, не путая направления и не создавая петель.
Почему возникают петли и чем они опасны?
Циклы или петли — это когда пакет начинает бегать по кругу между коммутаторами без конца, как кот, гоняющийся за собственным хвостом.
Пример:
- Хост отправляет широковещательный пакет.
- Коммутатор пересылает его всем портам, кроме пришедшего.
- Другие коммутаторы делают то же самое.
- Пакет циркулирует бесконечно, вызывая перегрузку оборудования.
Такое поведение приводит к тому, что коммутаторы перегружаются, их таблицы MAC-адресов постоянно перезаписываются и сеть перестаёт нормально работать.
Как происходит выбор корневого моста?
Каждый коммутатор считает себя корневым при старте. Для определения истинного корня они обмениваются особыми сообщениями — BPDU (Bridge Protocol Data Unit). В этих пакетах содержится Bridge ID — уникальный идентификатор, состоящий из двух частей:
| Поле | Описание | Размер |
|---|---|---|
| Приоритет | Административный параметр выбора | 2 байта |
| MAC-адрес | Уникальный идентификатор коммутатора | 6 байт |
Правила выбора корня:
- Меньший приоритет выигрывает.
- Если приоритеты равны, выигрывает коммутатор с меньшим MAC-адресом.
В результате в сети остаётся один корневой коммутатор, который посылает BPDU каждые 2 секунды.
Роли портов в STP: кто чем занимается?
Чтобы понять, какой путь пакеты должны выбрать, STP назначает ролям портов, как в театре — каждому своё место и роль:
| Роль порта | Описание |
|---|---|
| Root Port | Порт с кратчайшим путём к корневому коммутатору, через который принимаются BPDU. У каждого не-корневого коммутатора только один такой порт. |
| Designated Port | Назначенный порт для конкретного сегмента сети. Отвечает за пересылку трафика в этот сегмент. В каждом сегменте один Designated Port. |
| Non-designated Port | Порт без назначения, его трафик блокируется, чтобы избежать петель. |
| Disabled Port | Выключенный порт, не участвует в коммуникации. |
Состояния портов: от блокировки до пересылки
Порты проходят через разные состояния, прежде чем станут «рабочими»:
| Состояние | Что происходит | Время по умолчанию |
|---|---|---|
| Blocking | Порт блокируется, не передаёт данные | До выбора активного порта |
| Listening | Порт слушает BPDU, но не пересылает данные | 15 секунд (Forward Delay) |
| Learning | Порт учит MAC-адреса, не передаёт данные | 15 секунд (Forward Delay) |
| Forwarding | Полноценная работа: передача данных и BPDU | Работает постоянно |
Переход от Blocking к Forwarding — не спринт, а марафон. Почему? Чтобы убедиться, что сеть не будет бросать трафик в петли.
Как STP обрабатывает изменения топологии? (TCN)
Жизнь в сети не стоит на месте: порты могут падать, коммутаторы — выключаться. Чтобы об этом узнать и перестроить древо, существует уведомление Topology Change Notification (TCN).
- Коммутатор, обнаруживший изменение, отправляет TCN через свой Root Port.
- Сообщение подтверждается корневым мостом.
- После этого коммутаторы обновляют таблицы MAC-адресов с ускоренным таймером, чтобы не пересылать данные в старые места.
Это похоже на пожарную тревогу: «Внимание, в сети перемены! Все к обновлению!»
Блокировка избыточных каналов: выбор места разрыва кольца
Когда в сети несколько путей к корню, STP блокирует лишние порты, чтобы не было петель.
Правила выбора порта для блокировки:
- Меньшая суммарная стоимость пути до корня (Root Path Cost).
- Меньший Bridge ID коммутатора.
- Меньший идентификатор порта (Port ID).
Если представить топологию, то STP — это мудрый судья, который выбирает, какой из нескольких дорог нужно закрыть, чтобы движение не забуксовало.
Таймеры и сходимость STP: сколько ждать до старта?
В STP важна скорость реакции:
| Таймер | Значение по умолчанию | Значение | Назначение |
|---|---|---|---|
| Hello Timer | 2 секунды | Интервал посылки BPDU | Поддержание связи с корневым мостом |
| Max Age Timer | 20 секунд | Время хранения BPDU | Время ожидания, пока BPDU не получены |
| Forward Delay | 15 секунд | Время перехода состояний | Время ожидания в Listening и Learning |
Если связь с корнем потеряна, сети потребуется около 50 секунд, чтобы перестроиться — и это маленькая вечность в мире сети.
Что такое BPDU и что в них содержится?
BPDU — это «паспорт» коммутатора, с которым они «здороваются» и договариваются, кто главный.
Ключевые поля BPDU:
| Поле | Описание |
|---|---|
| Bridge ID | Идентификатор отправителя (приоритет + MAC) |
| Root Bridge ID | Идентификатор корневого моста |
| Root Path Cost | Стоимость пути до корневого моста |
| Port ID | Идентификатор порта отправителя |
| Таймеры (Hello, Max Age, Forward Delay) | Управляют временем жизни и передачей сообщений |
BPDU помогают строить дерево и поддерживать его актуальность.
Root-guard: защита корня как охрана у врат
Функция root-guard предотвращает нежелательное изменение корневого моста.
Если на порту, где активирована защита корня, начинают приходить BPDU с более приоритетным мостом, порт переводится в состояние несогласованности и блокируется. Это как охранник, не позволяющий чужим войти в королевский зал.
Настройка "места разрыва кольца" на оборудовании Sprinter
Иногда нужно вручную указать, какой порт блокировать, изменяя стоимость соединения:
| Скорость канала | Стоимость соединения (Cost) |
|---|---|
| 10 Mb/s | 2 000 000 |
| 100 Mb/s | 200 000 |
| 1 Gb/s | 20 000 |
Для настройки используется команда:
rstp <номер_порта> -c <новая_стоимость>
Изменение стоимости помогает выбирать, какой канал будет заблокирован, чтобы оптимизировать пути.
Последовательность действий при запуске STP
Когда коммутаторы включаются:
- Каждый считает себя корнем и рассылает BPDU с собственным Bridge ID.
- Получив BPDU с лучшим идентификатором, коммутатор перестаёт быть корнем.
- Определяются роли портов: Root Port, Designated Port, Non-designated Port.
- Блокируются лишние порты.
- Порты проходят состояния Listening → Learning → Forwarding.
- Сеть работает без петель.
Итог: как не запутаться в сетевых узлах
STP — это волшебник, который превращает сеть из запутанной паутины в аккуратное древо, где каждый коммутатор знает своё место, а пакеты не теряются в бесконечных петлях. Понимание ролей портов, состояний и обмена BPDU поможет вам стать мастером настройки сетей и избежать ночных кошмаров с неработающей связью.
FAQ
Вопрос: Почему нельзя просто отключить лишние кабели вместо использования STP?
Ответ: Отключение избыточных кабелей снижает отказоустойчивость. STP позволяет иметь резервные пути, которые включаются при необходимости.
Вопрос: Можно ли ускорить сходимость STP?
Ответ: Да, существуют протоколы быстрого восстановления, например, RSTP, а также можно настроить параметры таймеров, но это требует аккуратности.
Вопрос: Что будет, если в сети несколько корневых мостов?
Ответ: STP выберет единственного корневого по правилам Bridge ID, остальные перестанут претендовать.
Чек-лист для настройки STP
- [ ] Проверить приоритеты коммутаторов для выбора корневого моста.
- [ ] Убедиться, что BPDU корректно передаются между устройствами.
- [ ] Назначить функции root-guard на портах, где не должно быть корня.
- [ ] Настроить стоимость портов для оптимального выбора путей.
- [ ] Следить за состояниями портов (Blocking, Listening, Learning, Forwarding).
- [ ] Тестировать срабатывание TCN при изменениях в топологии.
Советы от сети-шутника
- Не думайте, что отключение лишних кабелей — это как убрать лишние этажи в доме, где живёт много людей. Лучше пусть есть запасные выходы, но чтобы они не мешали, пусть STP будет «дворецким» вашей сети.
- Порты в состоянии Listening и Learning — как студенты на первом курсе: много слушают, учатся, но пока молчат. Только после экзаменов (Forwarding) они начинают работать.
- Если сеть вдруг стала тормозить, проверьте — не устроила ли она танцы с BPDU без корня и назначенных портов!
Теперь вы знаете, как STP организует порядок в хаосе сетевых связей, и готовы стать настоящим властелином коммутаторов!