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◆STP・スパニングツリープロトコルとは

※動作確認は、Catalyst2950スイッチで確認しています。コマンド、出力結果、動作は、機種、IOSのバージョンで異なる場合があります。
 資格取得が就職、転職、派遣に有利なのは確かですが、「資格=即戦力」とは言えません。実機を操作して資格取得と同時に就職・転職・派遣後に求められるエンジニア(仕事・ジョブ・ワークの達人)としての即戦力を養いましょう。

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※動作確認は、Catalyst2950スイッチで確認しています。

◆STP・スパニングツリープロトコルとは

 ネットワークを構成する上で、冗長性を確保するために、ネットワークをループ(円環)状にする場合があります。 しかし、このような構成では、ブロードキャストをはじめ、ありとあらゆる通信データが、構成されたネットワーク上を永遠に循環することになります。

 レイヤ2ヘッダには、TTL(Time To Live)値は、ありません。そのために、永遠にループし続けることになります。その結果、スイッチのCPU負荷が上がってしまい、スイッチの処理能力が限界を超えてしまい、最悪の場合、暴走してしまうかもしれませんし、ネットワークの帯域幅を浪費して、ネットワークがダウンしてしまいます。


 この循環を防ぐために、スパニングツリープロトコル(STP)というものがあります。もちろん、Cisco Catalyst スイッチでも使用できます。スパニングツリープロトコルは、IEEE 802.1Dとして標準化されています。

以下、スパニングツリープロトコルをSTPと書くことにします。

 STPは、与えられた優先順位を元に、ブリッジ間でBPDU(Bridge Protocol Data Unit)と呼ばれる制御情報をやり取りして、ブロックするポートとフォワードするポートを決定します。

 このようにして、任意のポートをブロック状態にして、受信したデータフレームを破棄することで、物理的にループを構成にしているネットワークであっても、データフレームがループの中をいつまでも巡り続ける事態を防ぐことができます。

 STPは、障害時に迂回経路が確保できるという利点があるため、大規模なネットワークには欠かせない、プロトコルなのです。

 さて、そのSTPですが、STPには、IEEE802.1DIEEE802.1Wという複数の種類が存在します。現在、主流になっているのは、IEEE802.1Wで、通称、RSTP(ラピッドスパニングツリープロトコル)と呼ばれています。

STPでは、下のように5つの状態を移行するので、最大で50秒(20秒+15秒+15秒)の通信断が発生します。

・Disabled(無効)
 ↓(ポートは管理上シャットダウンされています)
・Blocking
 ↓(最大経過時間20秒)
・Listening
 ↓(転送遅延15秒)
・Learning
 ↓(転送遅延15秒)
・Forwarding

 その間、通信ができない状態になりますので、ミッションクリティカルな環境において、あまり向いているとは言えません。そこで、このSTPの弱点を克服するべく、RSTPというプロトコルが開発されています。

 RSTPを使用すれば、スパニングツリーの再計算が1秒程度となり、非常に高速になります。RSTPは、STP(IEEE802.1D)とは互換性があるので、STPと混在環境でも動作可能です。

「Cisco実機で学ぶ(CCNAスイッチ編)」では、IEEE802.1D(STP)でネットワークを構築してみることにします。

●BID

 STPの動作ですが、電源を入れると、BPDUが、ブリッジID(BID)と共に送信され、まずは、ルートブリッジの選出が行われます。Cisco機器では、デフォルトで送信間隔が2秒になっています。



◆ルートブリッジの決定と各種ポートの選出

STPでは、以下の選出が行われます。

・ネットワークごとに1つのルートブリッジ
・ルートブリッジ以外のスイッチごとに1つのルートポート
・セグメントごとに1つの代表(指定)ポート
・ブロックするポートの決定

 ルートポートと代表ポートは、データトラフィックの転送に使用されます。ブロッキングポートでは、BPDUの受信だけが行なわれ、データフレームは破棄され、アドレスは学習されないようになります。

●ルートブリッジの選出

 全てのスイッチが、BPDUを受信と確認を行い、最終的に最小のBID値を持つブリッジがルートブリッジとして選出されます。

●ルートポート(Root Port)の選出

 ルートスイッチでない各スイッチごとに、1つのポートをルートポートとして選出します。ルートブリッジへの最小のコストを持つパスが最適パスを提供するルートポートになります。

●代表(指定)ポート(Designated Port)の選出

 スパニングツリーに参加するポートを選択する。 ここでも、ルートブリッジへの最小のコストを持つパスが最適パスを提供する代表(指定)ポートになります。ルートブリッジ上のポートは、全て代表(指定)ポートになります。

●ブロッキングポートの決定

RP(Root Port)、DP(Designated Port)になれずに、残ったポートがブロッキングポートになります。

RP、DPの選出で行われる、パスコストの計算には、以下の値が使われます。

<ポートパスコスト値>
帯域幅 新コスト 旧コスト
10Mbps 100 100
100Mbps 19 10
1Gbps 4 1
10Gbps 2 1

 新しい機器や古い機器での構成、また異機種間での構成では、新コスト、旧コストが入り混じってしまうため、各機器で、コストのカスタマイズが必要になる場合があります。

 STPの概要を把握したところで、実際にいくつか、STPを用いたネットワークを構築してSTPがどんなものか体験してゆきましょう!

 次の「スパニングツリー設定1(ルートブリッジの選択)」では、簡単に体験するために、スイッチを2台を使用して、スパニングツリーを使ったネットワークを構築します。



<ネットワーク資格の練習問題に挑戦>
CCNA練習問題に挑戦!(650問)
Network+練習問題に挑戦!(393問)
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◆Cisco実機で学ぶ(CCNAルータ編)

ルータの概要・基本操作・設定1 (17項目)
ルータの概要・基本操作・設定3 (22項目)
IGRP・EIGRPの設定 (18項目)
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NAT・DHCPの設定 (8項目)
ルータの概要・基本操作・設定2 (17項目)
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OSPFの設定・デフォルトルートの伝播(16項目)
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MACアドレスの管理・VLANの設定 (12項目)

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ポリシールーティング・VRRPなど (12項目)
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STP・ポートトランキングなど (14項目)
<関連コンテンツ>
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スパニングツリー設定1(ルートブリッジの選択)
スパニングツリー設定2(プライオリティの変更)
スパニングツリー設定3(コストの変更)
スパニングツリー設定4(スイッチ3台構成)
スパニングツリー設定5(PortFast)
スパニングツリー設定6(UplinkFast)

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