พื้นฐาน Spanning Tree Protocol

เครือข่ายต้องการลิงก์สำรองเพื่อความน่าเชื่อถือ แต่ไม่สามารถยอมรับวงวนที่ลิงก์เหล่านั้นก่อขึ้นได้ โพรโทคอลสแปนนิงทรี (STP) แก้ปัญหานี้โดย STP จะตรวจหาเส้นทางสำรองระหว่างสวิตช์โดยอัตโนมัติ และบล็อกเฉพาะเส้นทางที่จำเป็นเพื่อให้เหลือเส้นทางเดียวที่ไม่มีวงวน พร้อมเก็บลิงก์ที่ถูกบล็อกไว้เป็นข้อมูลสำรอง บทเรียนนี้ครอบคลุมพื้นฐานของวิธีที่ STP ป้องกันวงวนโดยไม่สูญเสียความซ้ำซ้อน

STP สร้างโครงสร้างต้นไม้เชิงตรรกะที่ไม่มีวงวนทับอยู่บนเครือข่ายจริงซึ่งอาจมีวงวนได้ โดยเลือกเส้นทางหนึ่งเส้นทางระหว่างจุดใด ๆ สองจุดและปิดใช้งานเส้นทางที่เหลือ หากเส้นทางที่ใช้งานอยู่ขัดข้องในภายหลัง STP จะเปิดใช้งานลิงก์ที่ถูกบล็อกอีกครั้งเพื่อคืนการเชื่อมต่อ ดังนั้นคุณจึงได้ทั้งความซ้ำซ้อนเพื่อความทนทานและโครงสร้างที่ไม่มีวงวนเพื่อความปลอดภัย

ขั้นแรก STP จะเลือก บริดจ์ราก ซึ่งเป็นสวิตช์อ้างอิงที่อยู่ด้านบนสุดของโครงสร้างต้นไม้ สวิตช์ต่าง ๆ จะเปรียบเทียบค่าที่เรียกว่า ID ของบริดจ์ ซึ่งประกอบด้วยลำดับความสำคัญที่กำหนดค่าได้และที่อยู่ MAC ของสวิตช์ สวิตช์ที่มี ID ของบริดจ์ต่ำที่สุดจะชนะและกลายเป็นราก การคำนวณเส้นทางทั้งหมดอ้างอิงจากรากนี้ ดังนั้นตำแหน่งของรากจึงกำหนดรูปร่างของโครงสร้างต้นไม้ทั้งหมด

สวิตช์ที่ไม่ใช่รากทุกตัวจะเลือก พอร์ตราก หนึ่งพอร์ต ซึ่งเป็นพอร์ตที่มีเส้นทางต้นทุนต่ำที่สุดกลับไปยังบริดจ์ราก ต้นทุนพิจารณาจากความเร็วของลิงก์ โดยลิงก์ที่เร็วกว่าจะมีต้นทุนต่ำกว่า พอร์ตรากคือเส้นทางที่ดีที่สุดของสวิตช์ไปยังด้านบนสุดของโครงสร้างต้นไม้ โดยทั่วไปทราฟฟิกที่มุ่งหน้าไปยังรากหรือปลายทางที่อยู่ถัดจากรากจะออกผ่านพอร์ตนี้

สำหรับแต่ละเซกเมนต์เครือข่าย STP จะเลือก พอร์ตที่กำหนดหนึ่งพอร์ต ซึ่งเป็นพอร์ตที่รับผิดชอบการส่งต่อข้อมูลไปยังเซกเมนต์นั้น พอร์ตที่ไม่ใช่ทั้งพอร์ตรากหรือพอร์ตที่กำหนดจะถูกตั้งให้อยู่ในสถานะ การบล็อก พอร์ตที่ถูกบล็อกจะไม่ส่งต่อข้อมูล จึงช่วยตัดวงวน แต่ยังคงรับฟังข้อความ STP เพื่อให้สามารถเข้ามารับหน้าที่ได้หากเส้นทางที่ใช้งานอยู่ขัดข้อง

สวิตช์จะประสานงานกันโดยใช้ BPDUs (หน่วยข้อมูลโพรโทคอลบริดจ์) ซึ่งเป็นข้อความขนาดเล็กที่แลกเปลี่ยนระหว่างสวิตช์ BPDUs มี ID ของบริดจ์และต้นทุนเส้นทาง ช่วยให้สวิตช์เลือกบรรดาราก คำนวณเส้นทาง และตรวจหาการเปลี่ยนแปลงโทโพโลยี หากไม่มี BPDUs เข้ามาที่พอร์ตที่ถูกบล็อก STP จะถือว่าลิงก์ขัดข้อง และอาจนำพอร์ตนั้นกลับมาให้บริการเพื่อคืนเส้นทาง

STP แบบดั้งเดิมจะเปลี่ยนพอร์ตผ่านสถานะต่าง ๆ ได้แก่ การบล็อก การรับฟัง การเรียนรู้ และ การส่งต่อ การเปลี่ยนสถานะนี้ป้องกันไม่ให้พอร์ตส่งต่อข้อมูลเร็วเกินไปและสร้างวงวนชั่วคราวโดยไม่ตั้งใจ ข้อเสียคือความล่าช้า โดยใช้เวลาประมาณ 30 ถึง 50 วินาทีในการเปิดพอร์ตอย่างสมบูรณ์ การบรรจบกันที่ช้านี้เป็นแรงผลักดันให้เกิดโพรโทคอลรุ่นที่เร็วกว่า

RSTP (โพรโทคอลสแปนนิงทรีแบบรวดเร็ว, 802.1w) คือการปรับปรุงให้ทันสมัยยิ่งขึ้น โดยบรรจบกันภายในเวลาเพียงไม่กี่วินาทีแทนที่จะใช้เวลาหลายสิบวินาที ด้วยการทำให้สถานะพอร์ตมีความกระชับขึ้นและเจรจาการเปลี่ยนแปลงโดยตรงระหว่างสวิตช์ RSTP ย้อนกลับเข้ากันได้กับ STP รุ่นเก่า และเป็นค่าเริ่มต้นในสวิตช์ปัจจุบันส่วนใหญ่ ดังนั้นลิงก์ที่ขัดข้องจึงกลับมาใช้งานได้รวดเร็วกว่ามาก

มีคุณลักษณะที่เป็นประโยชน์สองอย่างซึ่งพบได้บ่อย PortFast ช่วยให้พอร์ตแอ็กเซสที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์ปลายทางข้ามสถานะรอและเริ่มส่งต่อได้ทันที เพราะ PC เพียงเครื่องเดียวไม่สามารถสร้างวงวนได้ ส่วน การป้องกัน BPDU จะปกป้องพอร์ตเหล่านั้นด้วยการปิดพอร์ต หากตรวจพบ BPDU ที่เข้ามาโดยไม่คาดคิด ซึ่งหมายความว่ามีคนนำสวิตช์มาเสียบเข้ากับพอร์ตที่จัดไว้สำหรับ PC

การบรรจบกันคือเวลาที่ STP ใช้ในการเข้าสู่สถานะที่เสถียรและไม่มีวงวนหลังเกิดการเปลี่ยนแปลง เมื่อมีลิงก์ที่ใช้งานอยู่ขัดข้อง BPDUs จะหยุดเข้ามาตามตำแหน่งที่คาดไว้ STP จะคำนวณใหม่ และพอร์ตที่เคย ถูกบล็อกจะเปลี่ยนเป็น การส่งต่อเพื่อคืนเส้นทาง STP แบบดั้งเดิมใช้เวลาหลายสิบวินาทีในการบรรจบกัน ส่วน RSTP ใช้เวลาเพียงไม่กี่วินาที การบรรจบกันที่เร็วขึ้นหมายถึงการหยุดชะงักที่สั้นลง นี่จึงเป็นเหตุผลที่ RSTP เข้ามาแทนที่ STP แบบดั้งเดิมในสวิตช์สมัยใหม่

STP และ RSTP ซึ่งเป็นรุ่นที่เร็วกว่า ทำงานอยู่เบื้องหลังในสวิตช์ที่มีการจัดการแทบทุกตัว เพื่อป้องกันพายุบรอดแคสต์ที่วงวนอาจก่อขึ้นโดยไม่รบกวนการทำงาน พร้อมทั้งรักษาลิงก์สำรองไว้ ความเข้าใจเกี่ยวกับการเลือกบริดจ์ราก บทบาทของพอร์ต และ BPDUs เป็นความรู้หลักของ Network+ เมื่อจำเป็นต้องให้ลิงก์สำรองเข้ามารับหน้าที่ STP จะเป็นผู้ตัดสินใจว่าจะรักษาเครือข่ายให้ปราศจากวงวนได้อย่างไร โดย RSTP ใช้เวลาเพียงไม่กี่วินาที

ทดสอบพื้นฐานเกี่ยวกับ STP ของคุณ

โพรโทคอลสแปนนิงทรี (STP) ป้องกันวงวนและยังคงเก็บลิงก์สำรองไว้ใช้งาน โดยเลือก บริดจ์ราก (มี ID ของบริดจ์ ต่ำที่สุด) เลือก พอร์ตรากของสวิตช์แต่ละตัวที่มุ่งไปยังราก เลือก พอร์ตที่กำหนดสำหรับแต่ละเซกเมนต์ และนำพอร์ตส่วนเกินเข้าสู่สถานะ การบล็อก สวิตช์จะประสานงานกันด้วย BPDUs STP แบบดั้งเดิมทำงานช้า ส่วน RSTP บรรจบกันภายในไม่กี่วินาที PortFast ช่วยเร่งพอร์ตสำหรับอุปกรณ์ปลายทาง และ การป้องกัน BPDU ช่วยปกป้องพอร์ตเหล่านั้น