Протокол Spanning Tree Protocol (STP)

Сеть с несколькими маршрутами между источником и приемником отличается повышенной отказоустойчивостью. Для обеспечения отказоустойчивости в сетях, построенных на коммутаторах, часто создаются резервные соединения между ними. В случае если какой-то коммутатор или канал вышли из строя, то оставшиеся работоспособные каналы или коммутаторы принимают на себя функции поврежденного. Хотя резервные каналы связи полезны, их создание может привести к появлению коммуникационных петель. Также петли могут возникнуть из-за ошибок администратора.

Рис. 6.10 Примеры петель между коммутаторами

Коммутаторы не могут корректно функционировать в среде, в которой существуют петли. Это связано с принципом работы коммутаторов. Алгоритм прозрачного моста позволяет только изучить расположение оборудования, подключенного к коммутатору, но не позволяет определить точную топологию сети и выбрать наилучший путь передачи сообщения. Поэтому наличие петель в коммутируемых сетях приводит к ряду проблем, среди которых бесконечное обновление таблиц коммутации и широковещательные штормы.

Предположим, что кадр, поступивший от одного из узлов на коммутатор, является широковещательным. Коммутатор создаст множество копий этого кадра и передает их через все свои порты, за исключением того, на который он поступил. Если в сети имеется несколько маршрутов между сегментами локальной сети, то коммутаторы будут бесконечно передавать получаемые ими широковещательные кадры (в отличие от пакета сетевого уровня, у кадра нет поля, определяющего время его жизни), используя всю доступную полосу пропускания сети и блокируя передачу других кадров во всех сегментах. Возникнет «широковещательный шторм».

Еще одна проблема заключается в том, что коммутатор нередко получает несколько копий одного кадра, одновременно приходящих из нескольких сегментов сети. В этом случае по таблице коммутации невозможно определить расположение отправителя, поскольку коммутатор получит кадр из нескольких каналов. Может быть так, что коммутатор вообще не сможет переслать кадр, так как будет постоянно выполнять одну задачу – обновлять таблицу коммутации.

Одна из самых сложных проблем – это множественные петли, образующиеся в объединенной сети. Существует возможность появления петли внутри других петель. Если за этим последует широковещательный шторм, то сеть не сможет выполнять коммутацию кадров.

Для решения этих проблем был разработан протокол связующего или остового дерева (Spanning Tree Protocol, STP), который определен в стандарте IEEE 802.1D-1998.

Протокол STP является протоколом 2 уровня модели OSI, который позволяет строить древовидные, свободные от петель конфигурации связей между коммутаторами локальной сети. В результате работы протокола STP между двумя рабочими станциями сети всегда существует только один активный путь. Помимо этого обеспечивается возможность автоматического резервирования альтернативных каналов связи между коммутаторами на случай выхода из строя активных каналов.

Рис. 6.11 Пример функционирования протокола STP

Коммутаторы, поддерживающие протокол STP, автоматически создают древовидную конфигурацию связей без петель в компьютерной сети. Такая конфигурация называется связующим деревом (Spanning Tree), иногда ее называют остовым или покрывающим деревом. Конфигурация связующего дерева строится коммутаторами автоматически с использованием обмена служебными кадрами.

В настоящее время существуют следующие версии протоколов связующего дерева:

● IEEE 802.1D Spanning Tree Protocol (STP);

● IEEE 802.1w Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP);

● IEEE 802.1s Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP).

В данном курсе будет рассматриваться только протокол STP. Изучить принципы работы протоколов RSTP и MSTP можно в курсе «Технологии коммутации и маршрутизации современных сетей Ethernet. Базовый курс D-Link».