STPとその仲間たち〜 STP, RSTP, MSTPの概要〜

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STPとその仲間たち
〜 STP, RSTP, MSTPの概
要〜
STPとその仲間たち
〜 STP, RSTP, MSTPの概
要〜
木本雅彦 <kimoto@soum.co.jp>
<kimoto@ohnolab.org>
株式会社創夢第三開発部シニアプロジェクトマネージャ
初版：2004年10月作成、改定版：2015年2月作成

はじめに
インターネット屋はL3で考えがち
ネットワークエンジニアはL2でも考える
L2ネットワーキングという考えかたがある
L2での、VLAN、帯域制御、冗長性確保、etc.
今回はL2での冗長性確保の話
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STPとは何か
IEEE 802.1D標準
スイッチ間のループを解消するプロトコル
冗長構成を作っておき、故障時に自動的に代替経路
に切り替える
ブリッジ間でBPDUパケットのやりとりを行う
単一のルートブリッジを頂点にした木(Spanning
Tree)を作る
ループの原因となるポートを発見したらブロックす
る
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STPの基本動作(1)
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STPの基本動作(1)の解説
ブロードキャストが伝播する範囲を単位として考える
「ブロードキャストドメイン」と呼ぶ
たとえば異なるVLAN間ではブロードキャストは伝播しないので、異なる
ブロードキャストドメインになる
ブロドーキャストドメインをまたぐ中継はL3で行う
ブロードキャストドメインをいかに制御するかが鍵になる
冗長性のために複数経路を作る
しかしループを発生させない
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STPがトポロジーを作るまでの動作
トポロジーの根(root bridge)を決める
最初にすべてのスイッチが自分がrootだと主張する
受信したメッセージと自分のbridge IDを比較する
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bridge IDが小さいほうをroot bridgeだと認識する
root bridgeを下流に広告する
ふたつのポートから同じrootの通知が来たら、IDが大き
いポートを「ブロッキング状態」にする
ブロッキング状態のポートは、パケットの送受信を行わな
い
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BPDUパケットの構造
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BPDUパケットの構造(2)
STPパケットはL2のパケットである
Etherヘッダに続いてBPDUが格納される
宛先はL2マルチキャスト
インテリジェントスイッチは、BPDUを中継してはいけない
ただのHUBはBPDUを中継しないといけない
たまに、ただのSW HUBが勘違いしてBPDUを中継し
ないことがあるので注意すること
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ループ切断時の挙動(1)
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ループ切断時の挙動(1)の解説
Bridge 1とBridge 0の間のリンクが切断された場合
トポロジーの再構築が起こる
Bridge 1は自分がrootだと宣言する(Bridge 0が見
えなくなるので)
Bridge 3は異なるroot bridgeの情報を受け取り混
乱する
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ループ切断時の挙動(2)
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ループ切断時の挙動(2)の解説
Bridge 3はIDが小さい方の情報(Bridge 0がroot)
を広告する
Bridge 1はBridge 0の存在を知る
Bridge 1はBridge 0がroot bridgeであると認識
する
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STPは遅い
リンクが落ちた時
様子を見る時間 (max-age)
デフォルトで20秒
BPDUを聞く時間 (forward-delay)
学習する時間 (forward-delay)
復旧までに50秒かかる(デフォルト設定の場合)
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RSTPによるSTPの問題の解決
IEEE 802.1w標準(2004年当時)
現在ではIEEE 802.1Dに含まれている
STPの状態遷移を高速化したもの
状態遷移時にhandshakeを行なう
切り替えは高速(数秒)で行なわれる
作られるSpanning TreeはSTPと同じ
下位互換性を持つ
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RSTPでの状態遷移(1)
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RSTPでの状態遷移(2)の解説
リンク状態が変化すると、Bridge 1は下流のBridge
3に対して「Topology Change」を通知する
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Bridge 1とBridge 3との間で、Proposal,
Agreementのやりとりが行われる
Bridge 1のポートがRoot Port (そのリンクの中で中
継を行うポート)になる
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proposal, agreementのhandshakeは下流に伝
播する
STPでは「確実に落ち着くまで待ってから通信可能にす
r」
RSTPでは「積極的に相互に確認して通信可能にす
る」
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VLAN環境でのSTPの利用
VLAN環境下では、VLANごとにSTPのトポロジーを構
築する必要がある
タグ付きVLANでは物理トポロジーとSTPのトポロジー
が異なる可能性がある
VLANごとにroot bridgeが異なる可能性がある
物理リンクがダウンした時のトポロジー変化がVLANご
とに異なる可能性がある
物理リンクに異常がなくてもVLANの論理ポートだけ落
とす場合がある
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VLANごとにBPDUを流す方法
VLANヘッダに続いてBPDUが格納される
CISCOのPVST+などの実装がある
簡単な方式ではある
パケットの流量が相対的に大きくなる
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MSTP
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MSTP
Multiple Spanning Tree Protocol
IEEE 802.1s
それまで定義されていなかったVLANとSTPの併用を定義した
複数のVLANの情報を「インスタンス」として束ねる。
BPDUは複数のVLANの情報をまとめてやりとりする
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MSTPによる複数のスパニングツリー
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MSTPによる複数のスパニングツリー(2)
VLANを束ねたインスタンスを複数共存させられる
インスタンスごとにトポロジーが異なる場合がある
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MSTPによる負荷分散
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実装状況
Linux
STPはkernl内実装
RSTP, MSTPはuserland実装
MSTPの実装は不十分
FreeBSD
STPとRSTPをif_bridge(4)にて実装している
NetBSD
STPをbridge(4)にて実装している
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まとめ
L2ネットワークでの冗長化を行うにはSTPを用いる
STPは状態遷移が遅いので現在ではRSTPを用いるの
がよい
VLANを駆使している環境ではMSTPを用いる
多くのL2スイッチ製品では、STP, RSTP, MSTPをサポ
ートしている
PC-UNIXでのSTPサポートは遅れている
製品も中身はLinuxなどなので、オープンソースのSTP実装が不十分
というのが正確
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STPとその仲間たち〜 STP, RSTP, MSTPの概要〜

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