루핑 예방 기술 - Spanning Tree Protocol (STP)

Spanning Tree Protocol (STP) 은 브리지 루프와 브리지에서 발생하는 방송방사선을 방지하는 것이다. 이더넷 네트워크를 위한 루프 프리 논리 토폴로지를 구축하는 네트워크 프로토콜이다. 또한 스패닝 트리는 활성 링크에 장애가 발생할 경우 네트워크 설계에서 내결함성을 제공하는 백업 링크를 포함할 수 있도록 한다. 이름에서 알 수 있듯이, STP는 연결된 레이어 2 브리지의 네트워크 내에 스패닝 트리를 생성하고, 스패닝 트리의 일부가 아닌 링크를 비활성화하여 두 네트워크 노드 사이에 하나의 활성 경로를 남겨 놓는다. STP는 라디아 펄먼이 디지털 장비 주식회사에서 일하던 중 발명한 알고리즘에 기반을 두고 있다. 2001년에 IEEE는 RSTP(Rapid Spanning Tree Protocol)를 802.1w로 도입했다. RSTP는 네트워크 변화나 고장에 대응하여 훨씬 더 빠른 복구를 제공하며, 이를 위해 새로운 융합 동작과 브리지 포트 역할을 도입했다. RSTP는 표준 STP와 역호환되도록 설계되었다.


프로토콜 작업
근거리 통신망에(LAN)종종 상호 연결된 회복력을 향상시키기 위해 향후 예비 연결을 사용하고 있는 스위치 한번 연결하는 STP의 필요성이 생겨났다. 하지만 이 연결 구성은 교환 루프 방송 방사선 및 매체 접근 제어 탁자 불안정'에서의 결과를 만듭니다. 만약 다중 링크 스위치 연결하는 데 사용된다 그 교환 고리 피해야 할 필요가 있다. 그 문제는 교환 LAN상에서 향후 예비 연결과 관련한 오류를 피하기 위해, STP를 네트워크 위상을 감시하도록 구현됩니다. 스위치, 특정한 향후 예비 연결에서 간의 모든 링크, 분류되고 있다. STP 다음 LAN상에서 스위치 사이에 하나의 선호하는 연결을 설정하여 향후 예비 연결됩니다. 이란이 있는데 그 경우 non-preferred 다중 링크 활성화되어 있지 이것 선호하는 링크 모두 이더넷 프레임에 사용된다. 네트워크에서 구현된 경우 STP이 뿌리의 다리로 한 제2층 스위치 가리킨다. 이 루트 위에는 선호하는 링크해 계산된다. 그 뿌리의 다리는 계속적으로 LAN상에서 다른 스위치 브리지 프로토콜 데이터 단위를 이용하여 소통을 전환합니다. 두 스위치 사이에 두 개 이상의 링크가 있는 경우, STP 루트 브리지는 대역폭을 기반으로 각 경로의 비용을 계산한다. STP는 가장 낮은 비용, 즉 가장 높은 대역폭의 경로를 선호 링크로 선택할 것이다. STP는 이 기본 링크를 두 스위치 사이의 이더넷 프레임에 사용할 유일한 경로로 설정하고, 기본 경로를 루트 포트로 연결한 스위치 포트를 지정하여 가능한 다른 모든 링크를 사용하지 않도록 설정한다. LAN에서 STP 지원 스위치를 선택한 후 루트 브리지가 아닌 모든 브리지가 해당 포트 중 하나를 루트 포트로 할당함 이것은 스위치를 루트 브리지에 연결하는 포트 또는 여러 개의 경로가 있는 경우 루트 브리지에 의해 계산된 기본 경로를 가진 포트 중 하나이다. 모든 스위치가 BPDU(STP Bridge Protocol Data Unit)를 사용하여 서로 통신하는 루트 브리지에 직접 연결되는 것은 아니기 때문에 각 스위치는 루트 브리지에 주어진 경로의 총 비용을 결정하기 위해 인접 스위치로부터 받은 비용에 자체 경로의 비용을 추가한다. 루트 브리지에 대한 가능한 모든 경로의 비용이 추가되면, 각 스위치는 가장 낮은 비용, 즉 가장 높은 대역폭으로 경로에 연결되는 루트 포트로 포트를 할당하여 결국 루트 브리지로 이어진다.

독점 스패닝 트리 VLAN 표준
IEEE가 VLAN에 대한 Spanning Tree Protocol 표준을 발표하기 전에 VLAN 지원 스위치를 판매한 많은 벤더가 VLAN이 가능한 자체 Spanning Tree Protocol 버전을 개발했다. 두 표준 모두 모든 VLAN에 대해 별도의 스패닝 트리를 구현한다.  Extreme Networks는 VLAN이 태그가 지정되지 않은 원래적인 포트에 대한 지원 부족과 ID가 1인 VLAN의 PVST+는 MSTP 영역을 터널링할 수 있다는 두 가지 제한으로 그렇게 한다.  VSTP는 253개의 서로 다른 스패닝 트리 토폴로지만 지원한다. 253개 이상의 VLAN이 있는 경우 VSTP 외에 RSTP를 구성하는 것이 좋으며, 253개 이상의 VLAN은 RSTP로 처리한다. MVRP는 VSTP를 지원하지 않는다. 이 프로토콜을 사용 중인 경우 트렁크 인터페이스에 대한 VLAN 멤버십을 정적으로 구성해야 한다. 기본적으로 VSTP는 RSTP 프로토콜을 코어 스패닝 트리 프로토콜로 사용하지만, 네트워크에 오래된 브리지가 포함되어 있으면 STP의 사용을 강제할 수 있다.

다중 스패닝 트리 프로토콜
MSTP를 구현하면 개별 VLAN 또는 VLAN 그룹에 대해 스패닝 트리를 정의할 수 있다. 표준에서 하나 이상의 VLAN을 매핑하는 스패닝 트리를 다중 스패닝 트리(MST)라고 한다. 더욱이 관리자는 스패닝 트리 내에서 대체 경로를 정의할 수 있다. VLAN은 소위 다중 스패닝 트리 인스턴스(MSTI)에 할당되어야 한다. 스위치는 먼저 MST 영역에 할당되고, 그 다음 VLAN이 이 MST에 대해 매핑되거나 할당된다. 공통 스패닝 트리는 여러 VLAN이 매핑되는 MST이며, 이 VLAN 그룹을 MST 인스턴스라고 한다. CST는 STP 및 RSTP 표준과 역호환된다. 할당된 VLAN이 하나만 있는 MST는 내부 스패닝 트리이다. 일부 독점적인 VLAN 스패닝 트리 구현과는 달리 MSTP는 모든 스패닝 트리 정보를 단일 BPDU 형식으로 포함한다. 이는 각 VLAN의 스패닝 트리 정보를 통신하기 위해 LAN에 필요한 BPDU 수를 줄일 뿐만 아니라 RSTP와의 역호환성을 보장한다. MSTP는 표준 RSTP BPDU 이후의 추가 지역 정보와 다수의 MSTI 메시지를 인코딩하여 이를 수행한다. 각 MSTI 구성 메시지는 각 인스턴스에 대한 신장 트리 정보를 전달한다. 각 인스턴스는 MST 영역 내에 있을 때마다 이러한 VLAN에 할당된 여러 개의 구성된 VLAN 및 프레임이 이 스패닝 트리 인스턴스에서 작동하도록 할당될 수 있다. 각 BPDU에서 트리 매핑을 스패닝하기 위해 전체 VLAN을 전달하지 않기 위해 브리지는 MSTP BPDU의 인스턴스 테이블에 해당 VLAN의 MD5 다이제스트를 인코딩한다. 이 다이제스트는 다른 MSTP 브리지와 함께 관리적으로 구성된 다른 값과 함께 인접 브리지가 자체와 동일한 MST 영역에 있는지 여부를 판단하기 위해 사용된다.

MSTP는 MSTP BPDU를 RSTP 브리지로 해석할 수 있다는 점에서 RSTP 브리지와 완전히 호환된다. 이는 구성 변경 없이 RSTP 브리지와의 호환성을 허용할 뿐만 아니라, MSTP 영역 외부의 모든 RSTP 브리지가 해당 지역을 단일 RSTP 브리지로 볼 수 있게 한다.그 지역 자체를 파괴하다 MST 지역을 단일 RSTP 브리지로 보다 쉽게 볼 수 있도록 MSTP 프로토콜은 RSTP에서 사용하는 메시지 나이 타이머 대신 나머지 홉으로 알려진 변수를 활성 카운터로 사용한다. 메시지 연령은 스패닝 트리 정보가 MST 영역에 진입할 때 한 번만 증가하며, 따라서 RSTP 브리지들은 한 지역을 스패닝 트리에서 하나의 "홉"으로 볼 것이다. RSTP 또는 STP 브리지 또는 엔드포인트에 연결된 MST 영역의 가장자리에 있는 포트를 경계 포트라고 한다. RSTP에서와 같이, 이러한 포트는 엔드포인트에 연결되었을 때 포워딩 상태에 대한 빠른 변경을 용이하게 하기 위해 에지 포트로 구성할 수 있다.