Nozioni di base sullo Spanning Tree Protocol

Le reti hanno bisogno di collegamenti ridondanti per garantire l'affidabilità, ma non possono tollerare i loop che questi creano. Lo Spanning Tree Protocol (STP) risolve il problema. STP rileva automaticamente i percorsi ridondanti tra gli switch e ne blocca solo un numero sufficiente a lasciare un unico percorso privo di loop, mantenendo i collegamenti bloccati pronti come backup. Questa lezione illustra i concetti di base con cui STP previene i loop senza rinunciare alla ridondanza.

STP costruisce un albero logico privo di loop sopra una rete fisica che può contenerne. A questo scopo sceglie un percorso tra ogni coppia di punti e disabilita gli altri. Se in seguito il percorso attivo si guasta, STP riattiva un collegamento bloccato per ripristinare la connettività. In questo modo si ottengono contemporaneamente ridondanza per la resilienza e una struttura priva di loop per la sicurezza.

Per prima cosa, STP elegge un bridge root, lo switch di riferimento in cima all'albero. Gli switch confrontano un valore chiamato bridge ID, costituito da una priorità configurabile e dall'indirizzo MAC dello switch. Vince lo switch con il bridge ID più basso, che diventa il root. Tutti i calcoli dei percorsi vengono effettuati rispetto a questo root, quindi la sua posizione determina la forma dell'intero albero.

Ogni switch non root sceglie una root port: la porta con il percorso a costo più basso verso il bridge root. Il costo dipende dalla velocità del collegamento: i collegamenti più veloci hanno un costo inferiore. La root port rappresenta il percorso migliore dello switch verso la cima dell'albero. In genere, il traffico destinato al root o oltre il root esce da questa porta.

Per ogni segmento di rete, STP sceglie anche una designated port, la porta responsabile dell'inoltro verso quel segmento. Le porte che non sono né root né designated vengono poste nello stato di blocking. Una porta bloccata non inoltra dati, interrompendo così il loop, ma continua ad ascoltare i messaggi STP per poter subentrare se il percorso attivo si guasta.

Gli switch si coordinano utilizzando le BPDUs (Bridge Protocol Data Units), piccoli messaggi scambiati tra gli switch. Le BPDU trasportano gli ID dei bridge e i costi dei percorsi, consentendo agli switch di eleggere il root, calcolare i percorsi e rilevare le modifiche alla topologia. Se le BPDU smettono di arrivare su una porta bloccata, STP presume che un collegamento sia guasto e può rimettere in servizio quella porta per ripristinare il percorso.

Lo STP classico fa passare le porte attraverso questi stati: blocking, listening, learning e forwarding. La transizione impedisce a una porta di inoltrare dati troppo presto e di creare accidentalmente un loop temporaneo. Lo svantaggio è il ritardo: sono necessari circa 30-50 secondi per aprire completamente una porta. Questa convergenza lenta ha portato allo sviluppo di versioni più rapide del protocollo.

RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol, 802.1w) è l'evoluzione moderna. Converge in pochi secondi invece che in decine di secondi, semplificando gli stati delle porte e negoziando direttamente le modifiche tra gli switch. RSTP è compatibile con le versioni precedenti dello STP ed è l'impostazione predefinita nella maggior parte degli switch attuali, quindi un collegamento guasto viene ripristinato molto più rapidamente.

Due funzioni utili sono molto comuni. PortFast consente a una porta access collegata a un dispositivo finale di saltare gli stati di attesa e iniziare subito l'inoltro, poiché un singolo PC non può creare un loop. BPDU Guard protegge queste porte disattivandole se ricevono inaspettatamente una BPDU, il che significherebbe che qualcuno ha collegato uno switch a una porta destinata a un PC.

La convergenza è il tempo impiegato da STP per raggiungere uno stato stabile e privo di loop dopo una modifica. Quando un collegamento attivo si guasta, le BPDU smettono di arrivare dove previsto, STP ricalcola la topologia e una porta precedentemente bloccata passa allo stato di forwarding per ripristinare il percorso. Lo STP classico impiega decine di secondi per convergere; RSTP lo fa in pochi secondi. Una convergenza più rapida significa interruzioni più brevi, motivo per cui RSTP ha sostituito lo STP classico negli switch moderni.

STP e il suo parente più veloce, RSTP, funzionano silenziosamente su quasi tutti gli switch gestiti, prevenendo le tempeste di broadcast che i loop causerebbero e mantenendo al tempo stesso i collegamenti di backup. Comprendere l'elezione del bridge root, i ruoli delle porte e le BPDU è una conoscenza fondamentale per Network+. Quando un collegamento di backup deve subentrare, è STP a decidere, in pochi secondi con RSTP, come mantenere la rete priva di loop.

Metta alla prova le Sue conoscenze di base su STP.

Lo Spanning Tree Protocol (STP) previene i loop mantenendo i collegamenti ridondanti come backup. Elegge un bridge root (con il bridge ID più basso), sceglie una root port su ogni switch verso il root, una designated port per segmento e inserisce le porte aggiuntive nello stato di blocking. Gli switch si coordinano tramite le BPDUs. Lo STP classico è lento; RSTP converge in pochi secondi. PortFast accelera le porte dei dispositivi finali e BPDU Guard le protegge.