Spanning-Tree (IEEE 802.1D) 란?

● Spanning-Tree 개요

 

Spanning-Tree의 가장 중요한 역할은 Layer 2 계층에서 Loop Free 구조를 만드는 것 이고, Spanning-Tree는 특정 스위치 장비를 Best Switch (Root)로 선정하고 나머지 스위치들을 하위에 두는 Tree 구조를 만듭니다. 

 

Spanning-Tree는 IEEE 802.1D 표준에서 시작되었고 VLAN이 여러개 있더라도 1개의 Spanning-Tree만 동작하는 하였습니다. 현재의 네트워크에서 IEEE 802.1D STP를 사용하지 않지만 중요한 이유는 RSTP, MST를 이해하는데 기초적인 정보를 제공하기 떄문에 알아둘 필요가 있습니다.

 

● Spanning-Tree Port Status

 

스위치 포트에서 Spanning-Tree에 영향을 받는 포트는 예외 없이 아래 상태를 거치게 됩니다.

상태	설명
Disabled	- Interface Shutdown 상태
Blocking	- 다른 스위치와 BPDU값 or Port Priority값 비교 후 차단된 상태  - BPDU 프레임 수신만 가능한 상태
Listening	- Blocking 다음 단계, BPDU 전송과 수신만 가능하며 다른 트래픽 전송은 불가능 - 해당 상태의 지속시간은 STP Forwarding 시간과 상관 있음
Learning	- Listening 다음 단계이며 트래픽은 수신은 가능하나 송신은 불가능 - 수신 프레임의 MAC 주소를 Local Mac 주소 테이블 갱신 가능 - 해당 상태의 지속 시간은 STP Forwarding 시간과 상관 있음
Forwarding	- 모든 네트워크 트래픽 전달이 가능하며 Local Mac 주소 테이블 갱신 가능
Broken	- 스위치 포트 설정 또는 동작에 문제가 발생한 상태 - 해당 상태에서 유입되는 모든 패킷을 폐기

※ 802.1D(STP)을 기본값으로 사용할 경우 초기상태에서 Forwarding 상태로 변경되기 까지 대략 50초 정도 소요 됩니다.  

 

● Spanning-Tree Port Role

 

802.1D 표준에서 정의한 포트 역할은 3가지가 있습니다.

역할	설명
Root Port (RP)	- Root Bridge와 연결된 포트 또는 STP 토폴로지에서 상위 스위치와 연결된 포트 - 스위치를 기준으로 1개의 RP만 존재하며 BPDU 수신만 가능한 포트
Designated Port (DP)	- 다른 스위치 장비와 BPDU 프레임을 송/수신 할 수 있는 포트  - STP 토폴로지상 하위 스위치 또는 장비와 연결된 포트
Blocking Port (BLK)	- STP 계산에 의해 네트워크 트래픽을 전달 할 수 없는 포트

 

● Spanning-Tree Terminology

 

용어	설명
Root Bridge 1)	- Layer 2 토폴로지에서 가장 중요한 스위치이며 모든 포트는 forwarding 상태(DP) - STP에서 최정상에 있으며 다른 스위치의 STP 경로 계산의 기준이 되는 스위치
Bridge Protocol Data Unit (BPDU)	- 스위치의 계층과 토폴로지 변화 알림 목적으로 스위치에서 사용하는 패킷 - 2가지 타입의 BPDU가 존재함 ▶ Configuration BPDU  - Root Bridge, RP, DP, Blocking port 식별용도로 사용   - 구성하는 필드는 STP Type, root path cost, root bridge identifier, local bridge identifier, max age, hello time, forward delay 로 구성 됨 ▶ Topology Change Notification(TCN) BPDU: STP의 토폴로지 변경 시 사용됨
Root Path Cost 2)	- Root Bridge로 향하는 경로의 값 - 인터페이스의 속도에 따라 정해진 값이 있으며 해당 값은 누적 됨
System Priority	- Root Bridge 선출에 사용되는 값 - 기본값은 32,768 값을 사용하며 해당 값이 낮을 수록 우선순위가 높음
System ID Extention	- BPDU 전송 시 VLAN 정보를 추가하여 전송 - System Priority와 System ID Extention값을 조합하여 Root Switch 선출에 사용
Root Bridge Identifier	- Root Bridge의 MAC 주소, SYSTEM ID Extention, SYSTEM Priority 정보
Local Bridge	- Local Bridge의 MAC 주소, SYSTEM ID Extention, SYSTEM Priority 정보
Max Age	- 스위치 포트에서 Configuration BPDU를 저장하는 최대시간 - 기본값은 20초이며 6초 ~ 40초의 값으로 변경 가능 - 해당 시간내 BPDU가 들어오지 않을 경우 STP 재계산이 발생 함
Hello Time	- BPDU를 광고하는 시간 주기 - 기본값은 2초이며 1초 ~ 10초의 값으로 변경 가능
Forward Delay	- Listening에서 Learning으로 상태 변경에 소요되는 시간 - 기본값은 15초이며 4초 ~ 30초의 값으로 변경 가능

 

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1) STP용어에 Bridge라는 단어가 나오는 것은 과거 Bridge라는 장비가 STP를 사용하여 현재 스위치에서도 동일한 용어를 사용하고 있습니다.  

 

2) STP 토폴로지에서 Root Bridge로 향하는 경로 값 입니다. 스위치 포트 속도의 증가로 인해 Long-Mode STP Cost값이 있습니다.