پرتوکل STP در سیسکو{بررسی کامل مزایا،کاربرد و معایب}

پروتکل STP

پروتکل Spanning Tree Protocol (STP) یک پروتکل شبکه مهم در لایه 2 (Data Link Layer) OSI است که برای جلوگیری از ایجاد دوگانگی و گلچین‌گری در توپولوژی درختی شبکه‌های LAN (شبکه‌های محلی) به کار می‌رود. در زیر توضیحی جامع در مورد STP ارائه شده است.

Spanning Tree Protocol (STP) چیست؟

Spanning Tree Protocol یا STP یک پروتکل شبکه‌ای است که در شبکه‌های لایه 2 OSI (Data Link Layer) برای جلوگیری از ایجادLoop در توپولوژی‌های  شبکه‌های LAN (شبکه‌های محلی) به کار می‌رود. STP یکی از مهم‌ترین پروتکل‌های اجزای لایه 2 مدل OSI است و توسط شرکت سیسکو تأسیس شده است، و  استاندارد IEEE 802.1D نیز ویژگی‌های STP را تعریف می‌کند. هدف اصلی STP تضمین کارکرد پایدار و بدون مشکل شبکه‌های Ethernet  است. این پروتکل به شبکه‌ها اجازه می‌دهد که تغییرات در توپولوژی را شناسایی کرده و جلوگیری از آسیب به کارکرد عادی شبکه نمایند. عملکرد STPبه این شکل است که تعدادی Bridge Protocol Data Unit (BPDU) را بین تمام تجهیزات شبکه ارسال می‌کند تا توپولوژی مناسبی ایجاد شود. هر تجهیزات شبکه از این BPDU‌ها برای تصمیم‌گیری در مورد بهترین مسیر برای انتقال داده‌ها استفاده می‌کند.

عناصر کلیدی STP

 Root Bridge

تجهیزاتی که به عنوان مرکز کنترل توپولوژی شناخته می‌شوند. این تجهیزات BPDU‌های خود را به منظور تصمیم‌گیری در مورد توپولوژی به تمامی تجهیزات دیگر ارسال می‌کنند. Bridge Root در شبکه‌های سیسکو به نودی اشاره دارد که به عنوان مرکزی و اصلی برای تصمیم‌گیری در مورد مسیر‌یابی ترافیک در یک  اتصالی (Spanning Tree) انتخاب می‌شود. Bridge Root مسئول تعیین بهترین مسیر برای انتقال ترافیک از یک نود به دیگر نودها در شبکه می‌باشد.

در شبکه‌های با استفاده از پروتکل STP (Spanning Tree Protocol)، همه نودها به عنوان Bridge Root به ترتیب اولویت (priority) و شناسه MAC (MAC address) خود به صورت خودکار درخت اتصالی ایجاد می‌کنند. سپس پروتکل STP تصمیم می‌گیرد که کدام نود به عنوان Bridge Root انتخاب شود. مدیران می‌توانند به صورت دستی اولویت و Bridge ID (شامل شناسه MAC) را برای هر نود تنظیم کنند. بنابراین، می‌توانند کنترل کنند که کدام نود به عنوان Bridge Root انتخاب شود. نودی با کمترین Bridge ID به عنوان Bridge Root انتخاب می‌شود.

کانفیگ و پیش‌فرض‌های  در شبکه‌های سیسکو، از پروتکل STP استاندارد (802.1D) استفاده می‌شود و پیش‌فرض برای اولویت Bridge به مقدار 32768 تنظیم شده است. بنابراین، هر نودی که دارای Bridge ID کمتری باشد، انتخاب می‌شود.

Bridge Root یکی از نقاط مهم در معماری شبکه و توپولوژی درخت اتصالی است. Bridge Root مسئول انتخاب بهترین مسیر برای انتقال ترافیک در شبکه است. توپولوژی درخت اتصالی از Bridge Root شروع می‌شود و ترافیک از سایر نودها به Bridge Root هدایت می‌شود. تغییرات Bridge Root اگر یک نود با کمترین Bridge ID در شبکه قطع شود یا از دست برود، STP به صورت خودکار Bridge Root جدید را انتخاب خواهد کرد. این امر اجازه می‌دهد تا توپولوژی اتصالی برای تغییرات در شبکه پویا باشد.

Bridge Root از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا نقش مهمی در مدیریت توپولوژی و انتقال ترافیک در شبکه دارد. با تعیین Bridge Root مناسب و تنظیم Bridge ID در شبکه، می‌توانید بهبود در عملکرد و امن

Designated Bridge

در هر شبکه LAN، تنها یک تجهیزات به عنوان پله‌ی منصوب انتخاب می‌شود تا تصمیم‌گیری در مورد مسیر‌های بهتر برای انتقال داده‌ها انجام دهد.

Designated Bridge یکی از مفاهیم مهم در پروتکل Spanning Tree Protocol (STP) می‌باشد و نقش اساسی در تصمیم‌گیری برای انتخاب مسیر ترافیک در یک درخت اتصالی (Spanning Tree) ایفا می‌کند. طی اجرای STP در یک شبکه، یکی از نودها به عنوان Designated Bridge انتخاب می‌شود و از آن به عنوان نقطه مرکزی برای تصمیم‌گیری در مورد مسیر ترافیک استفاده می‌شود.

در پروتکل STP، نودها به صورت خودکار تصمیم می‌گیرند که کدام یک از آن‌ها به عنوان Designated Bridge انتخاب شود. این انتخاب بر اساس اولویت Bridge و شناسه MAC (MAC address) انجام می‌شود. نودی با کمترین Bridge ID به عنوان Designated Bridge انتخاب می‌شود.

Designated Bridge مسئول تصمیم‌گیری در مورد انتخاب بهترین مسیر برای انتقال ترافیک در توپولوژی درخت اتصالی (Spanning Tree) است. این شامل تصمیم‌گیری در مورد کدام لینک‌ها باید فعال باقی بمانند و کدام لینک‌ها باید در وضعیت Blocking قرار گیرند.

Bridge Port تصمیم می‌گیرد که کدام Bridge Port به عنوان Root Port عمل کند و بهترین مسیر برای ترافیک را مشخص کند. Bridge Port‌هایی که به Designated Bridge وابسته هستند به عنوان Designated Port انتخاب می‌شوند.

Designated Bridge به تضمین ایجاد مسیر‌های پایدار در توپولوژی اتصالی کمک می‌کند. این مسیر‌ها به حلقه‌ها و اشکالاتی که ممکن است در ساختار شبکه رخ دهد، جلوگیری می‌کنند.

بیشتر بخوانید: پرتوکلSIP چیست؟

اگر Designated Bridge در شبکه قطع شود یا از دست برود، STP به صورت خودکار یک Designated Bridge جدید انتخاب خواهد کرد. این ویژگی امکان تغییر در توپولوژی شبکه را به روزرسانی می‌کند.

Designated Bridge و Root Bridge (یا Root Bridge که نقطه مرکزی تر است) دو مفهوم اساسی در STP هستند و در تصمیم‌گیری و مدیریت توپولوژی درخت اتصالی شبکه‌ها نقش مهمی ایفا می‌کنند. ترکیب این دو نقطه مرکزی باعث ایجاد یک توپولوژی استاندارد و پایدار برای شبکه می‌شود.

Bridge ID

هر پله به یک شناسه یکتا به نام Bridge ID دارد که شامل Bridge Priority و MAC Address پله می‌شود.

Bridge ID (شناسه Bridge) یک مفهوم مهم در پروتکل Spanning Tree Protocol (STP) است که به تعیین و تفکیک نودها و Bridge‌ها در ی (Spanning Tree) کمک می‌کند. Bridge ID به عنوان یک معیار اصلی برای تصمیم‌گیری در مورد انتخاب Root Bridge و Designated Bridge در STP عمل می‌کند.

یک Bridge ID تشکیل شده از دو  اصل مهم است:

1. Bridge Priority

Bridge Priority یک مقدار عددی است که توسط مدیران شبکه یا به صورت پیش‌فرض در تجهیزات شبکه (مثل تجهیزات سیسکو) تنظیم می‌شود. این مقدار تعیین می‌کند که کدام نود یا Bridge اولویت بیشتری در تصمیم‌گیری‌های STP دارد. مقدار پیش‌فرض برای Bridge Priority در STP برابر با 32768 است و از مقدار کمتر برای تغییر Bridge Priority استفاده می‌شود.

2. Bridge MAC Address

هر نود یا Bridge دارای یک شناسه MAC (Media Access Control) منحصر به فرد است. این شناسه MAC به عنوان مهمانه دوم در تشکیل Bridge ID استفاده می‌شود. مقدار شناسه MAC به صورت خودکار از تجهیزات تعیین می‌شود.

Bridge ID به صورت متشکل از Bridge Priority و شناسه MAC است و از اهمیت بالایی برخوردار است. مقدار کلی Bridge ID به صورت اینتیگرها (integer) بدست می‌آید که از جمع Bridge Priority و شناسه MAC نود یا Bridge تشکیل می‌شود.

مثال: فرض کنید Bridge Priority چیزی حدود 16384 باشد و شناسه MAC Bridge به صورت “00:1A:2B:3C:4D:5E” باشد. در این صورت Bridge ID برابر با 16384 + (0x001A2B3C4D5E) می‌شود.

Bridge ID تاثیر مستقیم در انتخاب Bridge Root و Designated Bridge دارد. نودی که دارای کمترین Bridge ID باشد، به عنوان Bridge Root انتخاب می‌شود. همچنین، در تصمیم‌گیری‌های دیگر مانند انتخاب Designated Bridge نیز Bridge ID نقش مهمی دارد.

مدیران شبکه می‌توانند با تنظیم Bridge Priority به صورت دستی تصمیم‌گیری کنند که کدام Bridge به عنوان Bridge Root انتخاب شود و در نتیجهشبکه تنظیمات مرتبط با Bridge ID قابل تنظیم است.

Port States

هر پورت روی پله می‌تواند در یکی از وضعیت‌های Disabled، Blocking، Listening، Learning و Forwarding قرار بگیرد.

در شبکه‌های سیسکو و پروتکل Spanning Tree Protocol (STP)، وضعیت‌های پورت (Port States) برای پورت‌های سوئیچ‌ها تعیین می‌کند که در چه حالاتی از پورت استفاده شود و در چه حالاتی نباید استفاده شود. این وضعیت‌ها تعیین کننده نقش پورت در توپولوژی درخت اتصالی (Spanning Tree) می‌باشند و به مدیران شبکه کمک می‌کنند تا تضمین کنند که توپولوژی شبکه بدرستی کانفیگ شود و از وقوع حلقه‌های بین‌هاستی (loop) جلوگیری شود. وضعیت‌های پورت شامل موارد زیر می‌شوند:

1. Blocking (BPDU Filtered):

– وضعیت پورت اولیه بعد از راه‌اندازی STP است.
– پورت در این وضعیت به پاسخی از STP (Bridge Protocol Data Units) یا BPDU از دیگر پورت‌ها گوش می‌دهد و در صورت دریافت BPDU‌ها، به وضعیت Listening منتقل می‌شود.
– پورت در این وضعیت ترافیک داده را نمی‌پذیرد.
– از این وضعیت به وضعیت Learning منتقل می‌شود.

2. Listening:

– پورت به BPDU‌ها گوش می‌دهد و تصمیم می‌گیرد که چه پورتی از سایر پورت‌ها برای انتخاب به عنوان Root Port یا Designated Port منتقل شود.
– پورت هنوز ترافیک داده را نمی‌پذیرد.
– از این وضعیت به وضعیت Learning منتقل می‌شود.

3. Learning:

– پورت در این وضعیت تصمیم می‌گیرد که پورت‌های دیگر کدام از آن‌ها به عنوان Designated Port تعیین شوند.
– پورت شروع به یادگیری آدرس‌های MAC دیگر دستگاه‌ها می‌کند و جدول MAC آموزش می‌بیند.
– همچنین، در این وضعیت پورت ترافیک داده را نمی‌پذیرد.
– از این وضعیت به وضعیت Forwarding (یا Blocking در برخی نسخه‌های STP) منتقل می‌شود.

4. Forwarding (or Blocking):

– پورت در این وضعیت اجازه انتقال ترافیک داده را دارد.
– پورت به صورت نرمال به تبادل ترافیک داده در شبکه شروع می‌کند.
– این وضعیت در اغلب موارد وضعیت نهایی پورت در STP می‌باشد.

وضعیت‌های پورت در STP توسط پروتکل STP و تجهیزات شبکه به صورت خودکار تنظیم و اداره می‌شوند تا از توپولوژی پایداری و بدون حلقه در شبکه اطمینان حاصل شود. این وضعیت‌ها به تضمین مسیر‌های پایدار و جلوگیری از اشکالاتی نظیر broadcast storms و حلقه‌های بین‌هاستی کمک می‌کنند.

BPDU (Bridge Protocol Data Unit)

اطلاعات مبادله شده بین تجهیزات شبکه است که برای تصمیم‌گیری در مورد توپولوژی استفاده می‌شود.

مزایای STP

جلوگیری از لوپ‌ها در شبکه

STP به شبکه‌ها اجازه می‌دهد تا توپولوژی‌های درختی ایجاد کنند که از لوپ‌ها جلوگیری می‌کند، این لوپ‌ها می‌توانند به شبکه‌ها آسیب بزنند.

قابلیت توپولوژی اتوماتیک

STP به تجهیزات اجازه می‌دهد که به طور اتوماتیک توپولوژی را شناسایی کرده و تنظیم کنند.

ارتقاء بهره‌وری

STP با مدیریت بهره‌وری منابع شبکه و پیشگیری از تداخل در انتقال داده‌ها بهبود می‌بخشد.

مشکلات STP

تأخیر در برقراری ارتباط

STP برای تصمیم‌گیری در مورد بهترین مسیر برقراری ارتباط تعدادی BPDU را بین تجهیزات ارسال می‌کند که ممکن است تأخیر در برقراری ارتباط ایجاد کند.

محدودیت در سرعت

STP برخی از پورت‌ها را به حالت Blocking قرار می‌دهد که منجر به محدودیت در سرعت ارتباطات شود.

پیکربندی پیچیده

پیکربندی و تنظیم STP ممکن است پیچیده باشد و نیاز به دقت داشته باشد.

در ختم، STP یکی از اصولی‌ترین و مؤثرترین پروتکل‌های استفاده شده در شبکه‌های LAN است که به جلوگیری از لوپ‌ها و بهبود پایداری و عملکرد شبکه‌ها کمک می‌کند. این پروتکل به تجهیزات شبکه این قابلیت را می‌دهد که به طور خودکار توپولوژی مناسب را شناسایی و تنظیم کنند تا شبکه‌ها به خوبی عمل کنند.

به مثال زیر توجه کنید

ما سه تا سوئیچ را به همدیگه وصل میکنیم و پرتوکل STP  به جریان میوفتد و یکی از پورت ها رو قطع میکند تا از لوپ در شبکه جلوگیری کند

پرتوکل STP در سیسکو

سوئیچ های شبکه بصورت خود کار این کار را انجام میدهند  اما سوال اینجاست که ممکن هست ما در طراحی شبکه خود بخواهیم یک پورت دلخواه را قطع کنیم یا در شبکه ما مشکل بوجود آورد.ما میخواهیم کاری کنیم که خودمان طراحی کنیم که از کدام پورت خارج شود.

بیشتر بخوانید: پروتکل PPPoE چیست؟

ابتدا با چند تا دستور آشنا میشویم

نمایش spanning tree

با دستور show spanning-tree  میتوانیم جزئیات و محتوا spanning tree را ببینیم

Root switch

به سوئیچی که تمامی پورت های متصل به سوئیچ های دیگر روشن باشد  و پورت های رو به رو آن ها هم روشن باشد  میگویند root switch

Root port

پورت های رو به روی switch port  میشود  root port

فقط  یک سویئچ به عنوان root switch  انتخاب میشود

در شکل زیر سوئیچ 0 root switch  هست

پرتوکل STP

برای این که از داخل سوئیچ ها  ببینیم کدام spanning tree  هستتند از دستور  show spanning tree  استفاده میکنیم. برای این که یک سوئیچ بخواهد root switch  بشود قانون و قواعدی دارد که ما به یکی از ان ها اشاره میکنیم.

پرتوکل STP در سیسکو

همان طور که میبینید این سوئیچ root  میباشد.

نکته: bridge در اینجا به معنای سوئیچ میباشد.

هر سوئیچی که Priority  کم تری داشته باشد root switch  میشود. بنابراین ما برای این که به دلخواه خودمان یک سوئیچ را  root switch  کنیم باید با دستور زیر  Priority آن را کم کنیم.

دستور

En

Conf t

Spanning-tree vlan1 root primary

 

پرتوکل STP

Secondary switch

حالا فرض کنید میخواهید یک سوئیچ را بک اپ یک سوئیچ دیگر کنید که اگریک سوئیچ down شد سوئیچ بعدی بشود root switch برای این کار از دستور زیر استفاذه میکنیم.

En

Conf t

Spanning-tree vlan 1 root secondary

پرتوکل STP در سیسکو

Spanning tree port fast

گاهی اوقات  پورتی از سوئیچ ما مستقیم به یک کامپیوتر و دیوایسی متصل هست که در آن احتیاج به محاسبات spanning tree  نمیباشد چون مطمعن هستیم این ارتباط هیچگاه در سوئیچ ما Loop  نمیندارد.

برای استفاده از این روش از دستور زیر استفاده میکنیم:

En

Conf t

Interface fa 0/1

Spanning-tree  portfast

پرتوکل STP در سیسکو

در این حالت هر دیوایسی که وصل کنیم به سرعت بالا می آید.

نویسنده مهندس نیما دیصی

امیدوارم این مطلب برای شما مفید واقع شده باشد

مهندسین عزیز گروه تلگرامی ارور شبکه برای کمک به همدیگر برای رفع ارور ها تشکیل شده است شما میتوانید با فشار دادن عکس تلگرام عضو گروه ما شوید

برای مشاوره و پشتیبانی شبکه با کارشناسان ما در  تماس باشید .

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

10 + یک =