Множественные петли

Одна из самых сложных проблем – это множественные петли, образующиеся в объединенной сети. Возможно появление петли внутри других петель. Если за этим последует широковещательный шторм, то сеть не сможет выполнять коммутацию кадров. Для решения этих проблем и был разработан протокол связующего дерева STP использующий алгоритм STA (Spanning Tree Algorithm). STA позволяет коммутаторам автоматически определять древовидную конфигурацию связей в сети при произвольном соединении портов между собой.

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

Рассмотрим подробно работу протокола STP.

Алгоритм STA требует, чтобы каждому мосту был присвоен идентификатор. Идентификатор моста– 8-байтное поле, которое состоит из 2-х частей: 2-байтного приоритета, назначенного администратором и 6 байтного МАС-адреса его блока управления. Каждому порту также назначается уникальный идентификатор в пределах моста, как правило, это его МАС-адрес. Каждому порту моста ставится в соответствие стоимость маршрута, соответствующая затратам на передачу кадра по локальной сети через данный порт.

Первый шаг. Процесс вычисления связующего дерева начинается с выбора корневого моста (root switch), от которого будет строиться дерево. В качестве корневого моста выбирается коммутатор с наименьшим значением идентификатора. Первоначально, по умолчанию, все коммутаторы имеют одинаковое значение приоритета, равное 32768 (8000h). В этом случае, корневой коммутатор определяется по наименьшему МАС-адресу. Иногда, такой выбор может оказаться далеко не рациональным. Для того, чтобы в качестве корневого моста было выбрано определенное устройство (исходя из требуемой структуры сети), администратор может повлиять на процесс выборов, присвоив соответствующему коммутатору наименьший идентификатор вручную.

Второй шаг работы STP – выбор корневого порта (root port) для каждого из остальных коммутаторов сети. Корневой порт коммутатора – это порт, который имеет по сети кратчайшее расстояние до корневого коммутатора.

Третий шаг работы STP – определение назначенных портов.

Каждый сегмент в коммутируемой сети имеет один назначенный порт (designated port). Этот порт функционирует как единственный порт моста, который принимает пакеты от сегмента и передает их в направлении корневого моста через корневой порт данного коммутатора. Коммутатор, содержащий назначенный порт для данного сегмента называется назначенным мостом (designated bridge) этого сегмента. Назначенный порт сегмента имеет наименьшее расстояние до корневого моста, среди всех портов, подключенных к данному сегменту. Назначенный порт у сегмента может быть только один. У корневого моста все порты являются назначенными, а их расстояние до корня полагается равным нулю. Корневого порта у корневого моста нет.

При построении покрывающего дерева важную роль играет понятие расстояния. По этому критерию выбирается единственный порт, соединяющий каждый коммутатор с корневым коммутатором, и единственный порт, соединяющий каждый сегмент сети с корневым коммутатором. Все остальные порты переводятся в резервное состояние, то есть такое, при котором они не передают обычные кадры данных. При таком выборе активных портов в сети исключаются петли и оставшиеся связи образуют покрывающее дерево.

В качестве расстояния в STA используется метрика стоимость пути (Path Cost) – она определяется как суммарное условное время на передачу пакета от порта корневого коммутатора до порта данного коммутатора. Условное время сегмента рассчитывается как время передачи одного бита информации через канал с определенной полосой пропускания. Таблица 5.1 показывает типичные стоимости пути в соответствии со стандартом IEEE 802.1d.

Таблица 5.1 Стоимость пути в протоколе IEEE 802.1d

Вычисление связующего дерева происходит при включении коммутатора и при изменении топологии. Эти вычисления требуют периодического обмена информацией между коммутаторами связующего дерева, что достигается при помощи специальных пакетов, называемых блоками данных протокола моста.