스패닝 트리 프로토콜(STP)이란 무엇입니까?

마우로 에스칼란테
월 30, 2023
12:04 pm
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El 스패닝 트리 프로토콜, 또는 STP(Spanning Tree Protocol)는 컴퓨터 네트워크에서 "중복 링크"에 의해 생성될 수 있는 네트워크 루프를 방지하는 데 사용되는 네트워크 프로토콜입니다.

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루프는 네트워크에 해로우며 데이터 패킷이 끝없이 전파되어 네트워크 성능이 심각하게 정체되고 저하될 수 있습니다.

STP는 다음에 의해 개발되었습니다. 라디아 펄먼 박사 표준으로 처음 발표되었습니다. IEEE 802.1D 1990있다.

기본 및 작동

STP는 트리 토폴로지를 생성하여 작동합니다.스패닝 트리"는 네트워크의 모든 스위치를 포함합니다. 이 트리는 네트워크에서 루프 없는 경로를 결정하는 데 사용됩니다.

아이디어는 네트워크의 두 노드 사이에 하나의 활성 경로만 있도록 하는 것입니다.

이렇게하려면 STP는 역할을 할당합니다. (루트, 지정 및 차단)을 네트워크의 모든 포트에 연결합니다. 이러한 역할은 다음과 같습니다.

루트 포트: 스위치에서 루트까지 최적의 경로(최저 비용)를 갖는 포트입니다.
지정항구: 네트워크에서 루트까지의 경로가 가장 좋은 포트입니다.
차단된 포트: 이 포트는 현재 토폴로지에서 사용되지 않습니다. 이중화 포트로서 다른 포트에 장애가 발생할 경우를 대비하여 대기하고 있습니다.

역할은 다음을 포함한 여러 기준에 따라 결정됩니다. 브리지 ID, 포트 ID 과 도로 비용 루트 브리지로.

El "루트 브리지" STP가 네트워크 참조로 선택한 특정 스위치입니다. 이 브리지는 우선 순위 값과 스위치의 MAC 주소를 포함하는 브리지 ID를 기반으로 선택됩니다. 브리지 ID가 가장 낮은 스위치가 루트 브리지가 됩니다.

STP 프로세스

STP 프로세스는 네 단계로 요약될 수 있습니다.

1. 루트 브리지 선택

프로세스는 루트 브리지 선택으로 시작됩니다. (루트브리지), 이는 본질적으로 네트워크에서 참조점 역할을 하는 스위치입니다. 네트워크 토폴로지의 모든 경로는 이 스위치에서 시작됩니다.

선택은 다음에 따라 결정됩니다. 브리지 ID(BID), 이는 우선 순위 (기본값은 32768) 및 MAC 주소 스위치의.

BID가 가장 낮은 스위치가 루트 브리지가 됩니다. 우선순위가 동점인 경우 MAC 주소를 사용하여 동점을 해제합니다(가장 낮은 MAC이 승리함).

2. 루트 포트 선택

루트 브리지가 선택된 후 각 스위치(루트 브리지 아님)는 루트 브리지까지의 경로 비용이 가장 낮은 포트인 루트 포트를 선택합니다.

경로 비용은 링크의 전송 속도를 기준으로 계산됩니다. 더 빠른 링크는 비용이 더 저렴합니다.

3. 지정 포트 선택

그런 다음 각 네트워크 세그먼트 (충돌 영역) 선택 지정항. 이는 네트워크 세그먼트에서 루트 브리지까지 경로 비용이 가장 낮은 포트입니다.

이 포트가 지정된 스위치를 스위치라고 합니다. 지정 스위치.

4. 다른 포트 차단

루트 포트나 지정 포트가 아닌 다른 포트는 모두 차단됩니다. 그들은 할당됩니다 잠금 상태 루프 형성을 방지하는 프레임 전달에 참여하지 않습니다.

5. 교량 정보 전파(Bridge Protocol Data Units, BPDUs)

롯 BPDU 스위치 간에 정보를 교환하는 데 사용됩니다. BPDU는 루트 브리지 및 지정된 스위치에서 네트워크의 다른 모든 스위치로 주기적으로(기본적으로 2초마다) 전송됩니다.

6. 네트워크 토폴로지의 변화

네트워크 토폴로지에 변경이 발생하면(예: 링크가 실패하거나 새 스위치가 추가되는 경우) STP는 경로를 다시 계산하고 포트 상태(지정된 포트 또는 루트로 차단되거나 그 반대로)를 변경하여 다음을 확인합니다. 새 토폴로지에는 루프가 형성되지 않습니다.

이러한 단계를 통해 네트워크에서 루프 없는 스패닝 트리가 유지되고 네트워크가 토폴로지 변경으로부터 복구될 수 있습니다.

RSTP(Rapid Spanning Tree Protocol)와 같은 최신 버전의 STP는 이러한 단계를 보다 효율적이고 빠르게 수행할 수 있다는 점을 명심해야 합니다.

트리 토폴로지가 구축되면 네트워크 장애가 발생하면 STP는 자체적으로 재구성하고 새 경로를 선택할 수 있습니다.

STP의 종류

더 빠른 수렴 시간을 제공하는 RSTP(Rapid Spanning Tree Protocol)와 동일한 네트워크에서 여러 스패닝 트리를 허용하는 MSTP(Multiple Spanning Tree Protocol)를 포함하여 STP에는 여러 가지 변형이 있습니다.

가장 일반적인 변형은 다음과 같습니다.

1. 고속 스패닝 트리 프로토콜(RSTP, IEEE 802.1w)

이 STP 버전은 네트워크 토폴로지 변경 후 복구 시간을 단축하도록 설계되었습니다.

타이머가 만료될 때까지 기다리는 대신 RSTP는 네트워크의 변경 사항에 적극적으로 응답하고 스패닝 트리 토폴로지를 훨씬 더 빠르게 재구성할 수 있습니다. RSTP는 또한 "포트 역할" y “항구 상태” 복구를 최적화합니다.

2. 다중 스패닝 트리 프로토콜(MSTP, IEEE 802.1s)

MSTP를 사용하면 스위치가 여러 스패닝 트리를 가질 수 있습니다. 이를 통해 보다 효과적인 로드 밸런싱이 가능하고 더 많은 유형의 네트워크 구성에 적응할 수 있습니다.

MSTP를 사용하면 각 스패닝 트리를 VLAN 세트에 할당할 수 있으므로 VLAN이 여러 개인 환경에서 네트워크 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

3. PVST(Per-VLAN 스패닝 트리 프로토콜)

이는 각 VLAN에 대해 별도의 스패닝 트리를 사용하는 Cisco STP 변형입니다.

이는 각 개별 VLAN에 대해 STP 구성을 최적화할 수 있기 때문에 더 큰 유연성을 제공합니다.

4. PVST+(Per-VLAN 스패닝 트리 프로토콜 플러스)

이는 표준 STP와의 상호 운용성을 향상시키는 PVST의 향상된 기능입니다.

5. 신속한 Per-VLAN 스패닝 트리 프로토콜(RPVST+)

이 프로토콜은 RSTP(빠른 수렴 시간)의 이점과 PVST+(VLAN당 하나의 스패닝 트리)의 이점을 결합합니다.

각 STP 변형에는 고유한 장점과 약점이 있으며 사용할 변형의 선택은 주로 특정 네트워크 설계 및 요구 사항에 따라 달라집니다.

고려해야 할 몇 가지 요소로는 로드 밸런싱의 필요성, VLAN의 수와 크기, 네트워크 오류로부터의 신속한 복구의 필요성 등이 있습니다.

STP 변형 및 가장 적합한 시나리오

STP 변형	기술	사용 시나리오
STP(IEEE 802.1D)	네트워크의 루프를 방지하도록 설계된 원본입니다.	수렴 속도가 중요하지 않은 작고 단순한 네트워크에 이상적입니다.
RSTP(IEEE 802.1w)	더 빠른 수렴 시간으로 STP가 향상되었습니다.	중단 후 연결 복구 속도가 중요한 대규모 네트워크에 적합합니다.
MSTP(IEEE 802.1s)	다중 스패닝 트리를 허용하므로 로드 밸런싱이 쉽고 다양한 네트워크 구성에 적응할 수 있습니다.	여러 개의 VLAN이 있고 효과적인 로드 밸런싱이 필요한 대규모 네트워크에 적합합니다.
PVST	각 VLAN에 대해 별도의 스패닝 트리를 사용하는 Cisco 변형입니다.	Cisco를 사용하고 개별적으로 최적화된 STP 구성이 필요한 여러 VLAN이 있는 네트워크에 이상적입니다.
PVST+	표준 STP와 PVST의 상호 운용성을 향상시킵니다.	여러 공급업체의 장비를 사용하고 개별 VLAN 최적화가 필요한 네트워크에 적합합니다.
RPVST+	RSTP와 PVST+의 장점을 결합합니다.	신속한 통합과 개별 VLAN 최적화가 모두 필요한 여러 VLAN이 있는 네트워크에 이상적입니다.

STP 변형 및 주요 장점과 단점

STP 변형	이점	단점
STP(IEEE 802.1D)	네트워크 루프를 효과적으로 방지합니다.	수렴 시간이 느립니다. 대역폭을 제한할 수 있는 활성 경로를 하나만 허용합니다.
RSTP(IEEE 802.1w)	STP에 비해 수렴 시간이 더 빠릅니다. STP의 장점을 유지합니다.	STP보다 빠르지만 일부 응용 프로그램에서는 여전히 충분히 빠르지 않을 수 있습니다.
MSTP(IEEE 802.1s)	로드 밸런싱 및 대역폭 사용량을 향상시킬 수 있는 여러 STP 인스턴스를 허용합니다.	여러 STP 인스턴스로 인해 구성 및 관리가 더 복잡해졌습니다.
PVST	성능을 최적화할 수 있는 VLAN별 STP 구성을 허용합니다.	Cisco에만 적용되므로 다른 제조업체의 장비와 호환되지 않을 수 있습니다.
PVST+	PVST에 비해 표준 STP와의 상호 운용성이 향상되었습니다.	PVST에 비해 상호 운용성은 향상되지만 호환성 문제는 여전히 존재할 수 있습니다.
RPVST+	RSTP와 PVST+의 장점을 결합합니다. 더 빠른 컨버전스 시간과 VLAN별 STP 구성을 지원합니다.	시스코 전용. 추가 기능으로 인해 구성 및 관리가 더 복잡합니다.