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.
Также 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 (или т.н. Path Cost)- она определяется как суммарное условное время на передачу данных от порта данного коммутатора до порта корневого коммутатора Условное время сегмента рассчитывается как время передачи одного бита информации и измеряется в 10-наносекундных единицах. Так, для сегмента Ethernet на 10 Мбит/с условное время равно 10 условным единицам
Для примера рассмотрены 3 коммутатора, подключенные с образованием петли. Т.о., в сети могут возникнуть проблемы с зацикливанием пакетов: например, при передаче широковещательных пакетов коммутатором A коммутатору B, коммутатор И передаст эти пакеты коммутатору C, а тот в свою очередь, вернет их коммутатору A и так далее. Т.е., пакеты могут ходить по сети бесконечно долго, что может привести к нарушению работоспособности сети. В этом примере с помощью STP блокируется соединение между коммутаторами С и B.
ДО РАБОТЫ STP
ПОСЛЕ РАБОТЫ STP
Для автоматического определения начальной активной конфигурации дерева все коммутаторы сети после их инициализации начинают периодически обмениваться специальными пакетами, называемыми протокольными блоками данных моста - BPDU (Bridge Protocol Data Unit)
Пакеты BPDU содержат основную информацию, необходимую для построения топологии сети без петель:
Идентификатор коммутатора, на основании которого выбирается корневой коммутатор
Метрика до корневого коммутатора
Идентификатор порта
Пакеты BPDU помещаются в поле данных кадров канального уровня, например, кадров Ethernet.
Пакет BPDU имеет следующие поля:
Идентификатор версии протокола STA - 2 байта. Коммутаторы должны поддерживать одну и ту же версию протокола STA, иначе может установиться активная конфигурация с петлями.
Тип BPDU - 1 байт. Существует два типа BPDU - конфигурационный BPDU, то есть заявка на возможность стать корневым коммутатором, на основании которой происходит определение активной конфигурации, и BPDU уведомления о реконфигурации, которое посылается коммутатором, обнаружившим событие, требующее проведения реконфигурации - отказ линии связи, отказ порта, изменение приоритетов коммутатора или портов.
Флаги - 1 байт. Один бит содержит флаг изменения конфигурации, второй бит - флаг подтверждения изменения конфигурации.
Идентификатор корневого коммутатора - 8 байтов.
Расстояние до корня - 2 байта.
Идентификатор коммутатора - 8 байтов.
Идентификатор порта - 2 байта.
Время жизни сообщения - 2 байта. Измеряется в единицах по 0.5 с, служит для выявления устаревших сообщений. Когда пакет BPDU проходит через коммутатор, тот добавляет ко времени жизни пакета время его задержки данным коммутатором.
Максимальное время жизни сообщения - 2 байта. Если пакет BPDU имеет время жизни, превышающее максимальное, то он игнорируется коммутаторами.
Интервал hello, через который посылаются пакеты BPDU.
Задержка смены состояний - 2 байта. Минимальное время перехода портов коммутатора в активное состояние. Такая задержка необходима, чтобы исключить возможность временного возникновения альтернативных маршрутов при неодновременной смене состояний портов во время реконфигурации.
У пакета BPDU уведомления о реконфигурации отсутствуют все поля, кроме двух первых. После инициализации каждый коммутатор сначала считает себя корневым. Поэтому он начинает через интервал hello генерировать через все свои порты сообщения BPDU конфигурационного типа. В них он указывает свой идентификатор в качестве идентификатора корневого коммутатора, расстояние до корня устанавливается в 0, а в качестве идентификатора порта указывается идентификатор того порта, через который передается BPDU. Как только коммутатор получает BPDU, в котором имеется идентификатор корневого коммутатора, меньше его собственного, он перестает генерировать свои собственные кадры BPDU, а начинает ретранслировать только кадры нового претендента на звание корневого коммутатора. При ретрансляции кадров он наращивает расстояние до корня, указанное в пришедшем BPDU, на условное время сегмента, по которому принят данный кадр.
При ретрансляции кадров каждый коммутатор для каждого своего порта запоминает минимальное расстояние до корня. При завершении процедуры установления конфигурации покрывающего дерева, каждый коммутатор находит свой корневой порт - это порт, который ближе других портов находится по отношению к корню дерева. Кроме этого, коммутаторы выбирают для каждого сегмента сети назначенный порт. Для этого они исключают из рассмотрения свой корневой порт, а для всех своих оставшихся портов сравнивают принятые по ним минимальные расстояния до корня с расстоянием до корня своего корневого порта. Если у своего порта это расстояние меньше принятых, то это значит, что он является назначенным портом. Все порты, кроме назначенных переводятся в заблокированное состояние и на этом построение покрывающего дерева заканчивается. Когда имеется несколько портов с одинаковым кратчайшим расстоянием до корневого коммутатора, выбирается порт с наименьшим идентификатором. Таким образом, в процессе построения топологии сети каждый порт коммутатора проходит несколько стадий:
Blocking - При инициализации коммутатора все порты (за исключением отключенных) автоматически переводятся в состояние "Заблокирован". В этом случае порт генерирует, принимает, обрабатывает и ретранслирует только пакеты BPDU. Все остальные пакеты не передаются.
Listening - В начальный момент работы алгоритма STA порты коммутатора переходят в состояние "Прослушивание". В этот момент пакеты BPDU от других коммутаторов еще не получены и коммутатор считает себя корневым, а все свои порты - назначенными. В том режиме порт может находится до истечения таймера смены состояний (Forwarding Timer). Интервал, выдерживаемый с помощью таймера может изменяться от 4 до 30 с. и нужен он для получения BPDU от всех коммутаторов сети. В этом режиме порт продолжает генерировать, принимать, обрабатывать и ретранслировать BPDU. Если в течение этого времени порт получит BPDU с лучшими параметрами, чем собственные (расстояние, идентификатор коммутатора или порта), то он перейдет в состояние "Заблокирован". В противном случае порт переводится в состояние "Обучение".
Learning - Обучение - порт начинает принимать пакеты и на основе адресов источника строить таблицу коммутации. Порт в этом состоянии все еще не продвигает пакеты. Порт продолжает участвовать в работе алгоритма STA, и при поступлении BPDU с лучшими параметрами переходит в состояние Blocking "Заблокирован".
Forwarding - Продвижение - только после двукратной выдержки по таймеру порт переходит в состояние Продвижение и обрабатывает пакеты данных в соответствии с построенной таблицей
Disable - Отключен - в это состояние порт переводит администратор. Отключенный порт не участвует ни в работе протокола STP, ни в продвижении пакетов данных. Порт можно также вручную включить и он сначала перейдет в состояние Blocking.
В процессе нормальной работы корневой коммутатор продолжает генерировать служебные пакеты BPDU, а остальные коммутаторы продолжают их принимать своими корневыми портами и ретранслировать назначенными. Если по истечении максимального времени жизни сообщения (по умолчанию - 20 с) корневой порт любого коммутатора сети не получит служебный пакет BPDU, то он инициализирует новую процедуру построения покрывающего дерева. При этом на все порты генерируется и передается BPDU, в котором коммутатор указывает себя в качестве корневого. Изменяемые настройки коммутатора:
Priority - Приоритет коммутатора, может варьироваться от 0 до 65535
Hello Time- интервал между передачей BPDU корневым коммутатором, может изменяется от 1 до 10 с. Если вы изменили Hello Time коммутатору, который не является корневым, то параметр будет использоваться только в случае если он станет корневым.
Max. Age - может изменяется от 6 до 40 с. Если по истечении интервала времени, установленного в Max.Age от корневого коммутатора все еще не пришел пакет BPDU, то ваш коммутатор начнет сам посылать пакеты BPDU, объявляя себя в качестве корневого коммутатора.
Forward Delay Timer - может изменяется от 4 до 30 с. Это время, в течении которого каждый порт коммутатора остается в состоянии прослушивания перед переходом либо в состояние продвижения пакетов либо в состояние блокирования.
Port Priority - может изменяется от 0 до 255. Чем меньше значение данного параметра, тем выше вероятность, что порт станет корневым.
Port Cost - может изменяется от 1 до 65535. Чем меньше значение данного параметра, тем выше вероятность, что порт будет выбран для продвижения пакетов.
