Řešení redundance v síti pomocí Spanning Tree protokolu Spanning Tree protokolu
■ Redundantní cesty v přepínané síti Ethernet mohou způsobit fyzické i logické smyčky vrstvy 2. Smyčka vrstvy 2 může mít za následek nestabilitu tabulky MAC adres, nasycení spojení a vysoké využití CPU na přepínačích a koncových zařízeních. To má za následek nepoužitelnost sítě.
■ STP je síťový protokol zabraňující smyčce, který umožňuje redundanci při vytváření topologie vrstvy 2 bez smyčky. Bez STP se mohou tvořit smyčky vrstvy 2, což způsobí nekonečné smyčky vysílání, multicast vysílání a neznámých unicastových rámců, čímž se zničí síť.
■ Pomocí STA vytváří STP topologii bez smyčky ve čtyřech krocích: 1.zvolíte kořenový most, zvolíte 2. kořenové porty (směrem k němu), 3. zvolíte designated (určené) porty (směrem od něj) a 4. zvolíte alternativní (blokované) porty (co zbydou).
■ Během funkcí STP používají přepínače ke sdílení informací o sobě a jejich připojeních BPDU. BPDU se používají k volbě kořenového mostu, kořenových portů, designated (určených) portů a alternativních (případně backup) portů.
■ Když byl pro danou instanci spanning tree zvolen kořenový most, STA (Spanning Tree algoritmus) určí nejlepší cesty ke kořenovému mostu ze všech cílů v doméně vysílání. Informace o cestě, známé jako náklady na vnitřní kořenovou cestu, je určena součtem všech nákladů na jednotlivé porty podél cesty od přepínače po kořenový most.
■ Po určení kořenového mostu vybere algoritmus STA kořenový port. Kořenový port je port nejblíže kořenovému mostu z hlediska celkových nákladů, který se nazývá cena vnitřní kořenové cesty.
■ Poté, co každý přepínač vybere kořenový port, přepínače vyberou designated (určené) porty. Designated (určený) port je port v segmentu (se dvěma přepínači), který má nižší náklady na cestu ke kořenovému mostu.
■ Pokud port není kořenový port nebo určený port, stane se alternativním (nebo záložním, tzv. backup) portem. Alternativní porty a backup porty jsou ve stavu vyřazování nebo blokování, aby se zabránilo smyčkám.
■ Pokud má přepínač více rovnocenných cest ke kořenovému mostu, přepínač určí port pomocí následujících kritérií: 1. nejnižší BID odesílatele, pak 2. nejnižší priorita portu odesílatele a nakonec 3. nejnižší ID portu odesílatele.
■ Konvergence STP vyžaduje tři časovače: časovač HELLO, časovač FORWARD DELAY a časovač MAX AGE.
■ Stavy portů jsou blokované, poslouchají, učí se, přeposílají a jsou deaktivovány.
Ve verzích STP PVST existuje kořenový most zvolený pro každou instanci spanning tree. To umožňuje mít různé kořenové mosty pro různé sady VLAN.
STP (první norma IEEE 802.ID) se často používá k označení různých implementací spanning tree, jako jsou RSTP (Rapid STP - norma 802.lw) a MSTP (Multiple STP).
PVST + (per-VLAN ST) je vylepšení STP od společnosti Cisco, které poskytuje samostatnou instanci spanning tree pro každou VLAN nakonfigurovanou v síti. PVST + podporuje PortFast, UplinkFast, BackboneFast, GUARD BPDU, FILTER BPDU, GUARD ROOTa GUARD LOOP. Přepínače Cisco se systémem IOS 15.0 nebo novějším, ve výchozím nastavení spouští PVST +.
RSTP je vývojový stupeň STP, který poskytuje rychlejší konvergenci než STP. Stavy portů RSTP jsou discarding (vyhazování, nahrazuje blokování a naslouchání), učení a přeposílání.
Rapid PVST + je vylepšení RSTP od společnosti Cisco, které využívá PVST + a poskytuje samostatnou instanci 802.lw na VLAN.
Když je port přepínače nakonfigurován pomocí PortFast, tento port okamžitě přejde ze stavu blokování do stavu předávání, obejde stavy poslechu a učení STP a vyhne se 30sekundovému zpoždění. Pomocí PortFast na přístupových portech povolte zařízením připojeným k těmto portům, například klientům DHCP, okamžitý přístup k síti, místo aby čekali na konvergování STP v každé VLAN.
Přepínače Cisco podporují funkci nazvanou BPDU guard, která okamžitě přepne port přepínače do stavu error-disabled (chyba-deaktivováno) po přijetí jakéhokoli BPDU, aby byla chráněna před potenciálními smyčkami.
V průběhu let se ethernetové sítě LAN dostaly od několika vzájemně propojených přepínačů, které byly připojeny k jednomu routeru, k propracovanému hierarchickému síťovému designu. V závislosti na implementaci může vrstva 2 zahrnovat nejen přístupovou vrstvu, ale také distribuci nebo dokonce základní vrstvy. Tyto návrhy mohou zahrnovat stovky přepínačů se stovkami nebo dokonce tisíci VLAN. STP se přizpůsobil přidané redundanci a složitosti díky vylepšením jako součást RSTP a MSTP.
Směrování vrstvy 3 umožňuje v topologii redundantní cesty a smyčky bez blokování portů. Z tohoto důvodu některá prostředí přecházejí do vrstvy 3 všude kromě případů, kdy se zařízení připojují k přepínači přístupové vrstvy.