STP

1. STP 실습 준비

SW1(config)#int range fa0/20 , fa0/24
SW1(config-if-range)#switchport trunk encapsulation dot1q
SW1(config-if-range)#switchport mode trunk

SW2(config)#int range fa0/22 , fa0/24
SW2(config-if-range)#switchport trunk encapsulation dot1q
SW2(config-if-range)#switchport mode trunk

SW3(config)#int range fa0/20 , fa0/22
SW3(config-if-range)#switchport trunk encapsulation dot1q
SW3(config-if-range)#switchport mode trunk

SW1,SW2,SW3#show int trunk

실습 예제

2. 이중화 링크 필요성

 - LAN 네트워크 설계시 장애 발생가 발생할 경우, 다른 링크를 이용하여 패켓 전송이 가능하도록 하는 것을 권장한다.
 - 대신, 이중화 링크를 구현하면 브리징 루프가 발생되는 문제가 있다.
 - 브리징 루프 : 브로드케스트 스톰, MAC 플랩핑, 유니케스트 중복 복제
 - 브리징 루프 발생 원인 : 이중화 링크, 스위치 플러딩 동작
 - 브리징 루프 방지 대책 : 스위치 특정 포트를 논리적으로 차단(Blocking)시킴
 - Blocking 포트 : 프레임 송수신이 불가능한 포트를 의미한다. -> 논리적으로 차단, 장애가 발생하면 오픈한다.
 - Blocking 포트는 자동으로 설정해준다.

   ① Blocking 포트는 평상시에 프레임 송수신이 차단된다. 
   ② 그러나 사용중인 링크가 장애가 발생하면, Blocking 포트는 Forwarding 상태로 전환하여 프레임 송수신이 가능해진다.
   ③ 또한, 링크 장애가 복구되면, 다시 Blocking 상태로 전환된다.

 - ①, ②, ③ 동작을 담당하는 프로토콜 : STP



3. STP(Spanning-Tree Protocol)

 - IEEE 802.1d Spanning-Tree Protocol
 - 이중화 링크에서 발생하는 브리징 루프를 방지하는 기능을 수행한다.
 - BPDU 메세지를 이용하여 모니터링을 실시하여 장애 발생 및 복구를 주기적으로 감시한다.
 - 포트가 하나라도 up이되면 자동으로 동작한다. 

4. STP 파라미터 값

 - 브리지 아이디, Cost, Port-ID는 STP가 특정 포트를 Blocking 할때, 사용하는 값들이다.

 1) 브리지 아이디

 - 스위치 식별자 = 64bit (우선 순위 16bit + MAC 주소 48bit)
 - 우선 순위 기본값 : 32768

 2) Cost

 - 스위치와 스위치간에 연결된 링크 메트릭

인터페이스/포트 이름  BW      Cost
 
Ethernet                   10M      100
FastEthernet              100M      19
GigaEthernet             1000M      4
10GigaEthernet          10000M    2


Ex) SW3에서 SW1까지 Cost 값은 얼마인가?

SW1[F0/24]-------------------[F0/24]SW2[F0/22]-------------------[F0/22]SW3
                        19                                            19                                   

 3) Port-ID (Port-Priority)

 - 포트 번호
 - 기본값 : 128.포트 번호

Ex) F0/24 -> 128.24



5. STP 포트 유형

 - Designated Port(DP) : BPDU 송신 포트 
 - Root Port(RP)  : BPDU 수신 포트 

Ex) DP                              RP
        BPDU ->       BPDU -> 


6. STP 정보 확인

SW1 STP정보

This bridge is the root -> 루트 브리지로 선출되었다.

루트 브리지만 BPDU 정보를 내보낸다. 따라서 루트 브리지 모든 포트는 DP이다.

SW3 STP정보

Port 20(FastEthernet0/20) -> 루트 브리지가 위치한 방향을 나타낸다.

SW2 STP정보

Port 24(FastEthernet0/24) -> 루트 브리지가 위치한 방향을 나타낸다.


EX) STP 정보 확인 및 상태 파악

 - 정보 확인 명령어 : show spanning-tree vlan 1
 - 루트 브리지로 선출된 스위치는 어떤 스위치인가?
 - SW1 F0/24 F0/20 포트는 각각 어떤 유형의 포트인가?
 - SW2 F0/24 F0/22 포트는 각각 어떤 유형의 포트인가?
 - SW3 F0/22 F0/20 포트는 각각 어떤 유형의 포트인가?
 - Non Root Bridge는 어떤 스위치인가?


7. STP를 이용한 포트 Blocking 과정

연결되기전에는 모든 스위치는 루트 브리치이다. -> BPDU(브리지-id)를 공유하면서 루트 브리지를 포기하게된다.

루트 브리지는 보통 브로킹 브리지랑 연결이 안되어있다.

 1) 루트 브리지 선출

 (1) 브리지 아이디의 우선 순위가 가장 낮은 스위치
 (2) 브리지 아이디의 MAC 주소가 가장 낮은 스위치

 2) DP/RP

 - DP : BPDU 송신 포트
 - RP : BPDU 수신 포트
 - 루트 브리지에서 BPDU 송신이 시작되기 때문에 Root Bridge 포트가 DP로 선정됨
 - RP는 루트 브리지까지 Cost 값이 가장 낮은 스위치 포트로 선정됨

 3) Blocking 포트

 - 루트 브리지까지 Cost이 높은 스위치 포트
 - Bridge-ID(우선순위, MAC 주소) 값이 높은 스위치 포트 
 - 상대방 포트 아이디가 높은 포트에 연결된 스위치 포트


8. Blocking 포트

 - Blocking 포트는 프레임 송수신이 안된다.
 - Blocking 포트는 BPDU 송신이 안된다.
 - 단, Blocking 포트는 BPDU 수신은 가능하다. -> 링크 장애, 회복을 알 수 있기 때문
 
SW2[F0/22]-------------------------[F0/22]SW3
       Blocking                 DP

       BPDU 수신 가능
       프레임 송수신 X
       BPDU 송신 X


9. STP 루트 브리지 및 Blocking 수동 설정 -> 우선순위를 변경하여 수동 설정한다.

 - Root Bridge             SW2
 - Backup Root Bridge   SW3               -> blocking은 없는데 루트 브리지가 아닌 스위치
 - Non Root Bridge     SW1 (F0/20 BLK) -> blocking 브리지를 가지고있기 때문에 루트 브리지가 될 수 없다.
 
SW2(config)#spanning-tree vlan 1 priority 4096

SW3(config)#spanning-tree vlan 1 priority 16384


 - 설정하고 30초 이후에 확인 실시

SW2#show spanning-tree vlan 1 <- This bridge is the root

SW1#show spanning-tree vlan 1 <- F0/20 BLK

 

설정 완료

EX) STP 정보 확인 및 상태 파악

 - 정보 확인 명령어 : show spanning-tree vlan 1
 - 루트 브리지로 선출된 스위치는 어떤 스위치인가?
 - SW1 F0/24 F0/20 포트는 각각 어떤 유형의 포트인가?
 - SW2 F0/24 F0/22 포트는 각각 어떤 유형의 포트인가?
 - SW3 F0/22 F0/20 포트는 각각 어떤 유형의 포트인가?
 - Non Root Bridge는 어떤 스위치인가?

10. STP 타이머

 - Hello 타이머  : BPDU 전송 주기, 기본값 2초
 - Forward Delay 타이머 : 스위치 포트가 Forwarding 상태로 전환되는데 필요한 시간, 기본값 15초
 - Max Age 타이머  : Blocking 포트로 새로운 BPDU를 수신하면, 기존의 BPDU랑 비교하는 시간, 기본값 20초


11. STP 포트 상태

 - Disable  : 포트 비활성화 상태(shutdown, 케이블 연결 X)

 - Blocking : 브리징 루프를 방지하기 위해서 포트를 논리적으로 차단한 상태
                프레임 송수신 X, BPDU 송신 X
                단, BPDU 수신 O

 - Listening : 포트가 동작하기 위한 준비 단계
                 루트 브리지까지 Cost 값 계산
                 DP 선정/RP 선정 결정
                 Forward Delay 타이머 적용 (15초)

 - Learning : MAC 주소 단계
                 Forward Delay 타이머 적용 (15초)

 - Forwarding : 프레임 송수신 가능 상태

 - IEEE 802.1d STP는 컨버전스가 30초, 50초라는 지연이 있기 때문에 현재 내부망에서는 권장하지 않는다.