Какво представлява мрежовия протокол Spanning Tree ?

Мрежовият протокол Spanning Tree Protocol (STP) е проектиран да предотвратява проблеми с повтарящи се мрежови трафик и възможни цикли в мрежовите конфигурации, които включват множество пътища между устройства. Това е особено важно в Ethernet мрежите, където множеството пътища между суичове могат да създадат зацикляне на пакети, което води до прекомерно натоварване и потенциален срив на мрежата.

STP работи чрез изграждане на логическа структура на остовно дърво вътре в мрежата, като определя кой мост в bridge или switch трябва да бъде root мост и кои връзки трябва да бъдат активни, за да се избегнат цикли. Всяко устройство в мрежата, което поддържа STP, изпраща протоколни данни (Bridge Protocol Data Units, BPDU) за да обменя информация относно местоположението си и стойността на приоритета. Тези BPDUs се използват за избор на root bridge и за изчисляване на най-добрите пътища през мрежата.

Когато се открие по-добър път или когато мрежовата топология се промени, STP може да реорганизира активните мрежови връзки без да се налага ръчна намеса. Това осигурява ефективност и стабилност на мрежата, предотвратявайки проблеми, свързани с излишния трафик и мрежовите цикли.

Версии на мрежовия протокол Spanning Tree ?

Мрежовият протокол Spanning Tree Protocol (STP) е претърпял няколко важни развития и усъвършенствания, водещи до различни версии и разширения на оригиналния протокол. Ето основните версии:

1. Оригинален Spanning Tree Protocol (STP): Известен също като IEEE 802.1D, оригиналният STP е разработен за предотвратяване на мрежови цикли в Ethernet мрежи. Този протокол използва време за създаване на основно дърво до 50 секунди, което може да е прекалено бавно за някои съвременни приложения.
2. Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP): IEEE 802.1w, или RSTP, е подобрена версия на оригиналния STP, която значително намалява времето за конвергенция до няколко секунди. RSTP въвежда нови статуси на портовете и усъвършенстван механизъм за избор на root bridge и други активни портове, което го прави по-подходящ за динамични мрежови среди.
3. Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP): IEEE 802.1s, или MSTP, позволява няколко остовни дървета да съществуват в рамките на една мрежа, позволявайки различни инстанции на STP да работят за различни VLAN (виртуални локални мрежи). Това позволява по финна настройка на мрежовия трафик и оптимизация на пропускателната способност.
4. Per-VLAN Spanning Tree Protocol (PVST): Разработен от Cisco, PVST позволява отделно остовно дърво за всяка VLAN в мрежата, което осигурява по-голяма гъвкавост и по-добро разпределение на ресурсите.
5. Per-VLAN Spanning Tree Plus (PVST+): Също разработка на Cisco, PVST+ е съвместима версия с IEEE 802.1Q, която поддържа възможността за различни остовни дървета за всяка VLAN на базата на 802.1Q тагове.

Тези версии и разширения на STP позволяват на мрежовите администратори да избират подходящата конфигурация според нуждите на тяхната специфична мрежова среда, предоставяйки различни нива на гъвкавост и производителност.

Защо най често се използва Rapid Spanning Tree Protocol ?

Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP), разработен като усъвършенстване на оригиналния Spanning Tree Protocol (STP), се използва широко поради няколко ключови предимства, които предлага, особено когато става въпрос за подобряване на производителността и бързината на мрежовата конвергенция:

1. По-бърза конвергенция: RSTP значително намалява времето за конвергенция, което е времето, необходимо на мрежата да стабилизира своята топология след промяна (например при добавяне или премахване на устройства). Докато оригиналният STP може да отнеме до 50 секунди, RSTP обикновено завършва процеса в рамките на няколко секунди, което го прави много по-подходящ за динамични и критични мрежови среди.
2. Нови статуси на портовете: RSTP въвежда нови статуси за портовете, като например Discarding, Learning и Forwarding, което позволява по-добър контрол и оптимизация на мрежовия трафик. Това подобрява общата ефективност на мрежата.
3. Роли на портовете: RSTP разграничава портовете с допълнителни роли като Alternate и Backup, което помага за по-бързо възстановяване в случай на грешки. Тези роли позволяват на мрежата да се пренастрои автоматично и ефективно при проблеми.
4. Съвместимост: RSTP е обратно съвместим със стандартния STP, което позволява на мрежовите администратори да актуализират своите мрежи без да налага замяна на цялата инфраструктура или настройка на устройствата.
5. По-добро управление на мрежовите ресурси: Способността на RSTP да реагира бързо на промени в топологията позволява по-ефективно разпределение на мрежовите ресурси и предотвратяване на проблеми като Broadcast Storm и Loop на мрежата.

Благодарение на тези предимства, RSTP е предпочитан избор в много бизнес и корпоративни мрежи, където високата производителност и стабилност са критично важни.

Как работи мрежовия протокол Spanning Tree ?

Мрежовият протокол Spanning Tree Protocol (STP) работи по следния начин за предотвратяване на цикли в мрежи с превключватели (bridges и switches) и за поддържане на надеждна мрежова топология:

1. Избор на коренов мост (Root Bridge): Всяко устройство (мост или превключвател) изпраща протоколни данни (BPDU) с информация за идентификация и предложение за статута на коренов мост. Устройството с най-нисък идентификатор (приоритет плюс MAC адрес) става коренов мост на осnовното дърво. Всички останали мостове се ориентират спрямо този коренов мост.
2. Избор на коренов порт (Root Port) на всеки мост: Кореновият порт е портът на моста, който е най-близо до кореновия мост, измерено по най-ниска стойност на пътя path cost. Пътните разходи се изчисляват на базата на скоростта на порта и други параметри. Всеки мост избира един коренов порт, освен кореновият мост, който няма коренов порт.
3. Избор на назначен порт (Designated Port) е портът на мост или превключвател в мрежов сегмент, който е избран да препраща трафик към и от сегмента до останалата част от мрежата. Този порт е отговорен за препращане на пакети към кореновия мост.
4. Блокиране на останалите портове (Blocked Port): Всички портове, които не са определени като коренови или назначени, се блокират. Това предотвратява образуването на цикли в мрежата, като по този начин се избягват възможни Broadcast Storm и Loop на мрежата.
5. Преразглеждане при промяна в топологията: Ако се открие промяна в топологията (например, ако мост или връзка се повреди или нов мост се добави), STP автоматично преизчислява дървото и прави необходимите корекции в активните и блокираните портове.

Този процес позволява на мрежите да се самовъзстановяват и да се адаптират към промени, поддържайки постоянен поток на данни, дори при изменение на физическата мрежова структура.

Root Bridge в MikroTik

Конфигурирането на root bridge в мрежа с устройства MikroTik изисква да настроите Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). За да направите този мост root bridge, трябва да намалите неговия приоритет (priority): Задайте по-нисък приоритет (например 7000). По подразбиране приоритетът е 8000. Колкото по-нисък е числото, толкова по-висок е приоритетът.

Switch 1 Root Bridge

Switch 2 Slave Bridge

Root Port в MikroTik

Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) в MikroTik, кореновият порт (root port) се избира автоматично от алгоритъма на протокола. Root портът е портът който има най-ниска стойност по пътя до кореновия мост. Този процес е динамичен и се управлява от самия RSTP, за да се осигури оптимална мрежова топология.

Като администратор, вие не можете директно да “конфигурирате” кой порт да бъде root port, тъй като това се определя от протокола въз основа на конфигурационните параметри. Въпреки това, можете да влияете на избора на root port като промените Path Cost за най-кратък път до Root Bridge. Намаляването на стойността ще увеличи шанса порта да бъде избран за root port.

Root Port в OLT VSOL с два Ethernet Uplink порта.