CCNA - 19. Spanning-Tree Protocol

@ CCNA - 19. Spanning-Tree Protocol

 

 

 

@STP.txt

@IEEE 802.1d STP.pkt

@BPDU 캡처 내용.pcap

@STP 루트 브리지 수동 선출 예제.pkt

 

 

 

 

1. STP 실습 준비

 

 - 블로그 -> '@IEEE 802.1d STP.pkt' 파일 실행

 

SW1(config)#int range fa0/20 , fa0/24
SW1(config-if-range)#switchport trunk encapsulation dot1q
SW1(config-if-range)#switchport mode trunk

 

SW2(config)#int range fa0/22 , fa0/24
SW2(config-if-range)#switchport trunk encapsulation dot1q
SW2(config-if-range)#switchport mode trunk

 

SW3(config)#int range fa0/20 , fa0/22
SW3(config-if-range)#switchport trunk encapsulation dot1q
SW3(config-if-range)#switchport mode trunk

 

SW1,SW2,SW3#show int trunk

 

 

2. 이중화 링크 필요성

 

 - LAN 네트워크 설계시 장애 발생가 발생할 경우, 다른 링크를 이용하여 패켓 전송이 가능하도록 하는 것을 권장한다.
 - 대신, 이중화 링크를 구현하면 브리징 루프가 발생되는 문제가 있다.

 - 브리징 루프 : 브로드케스트 스톰, MAC 플랩핑, 유니케스트 중복 복제
 - 브리징 루프 발생 원인 : 이중화 링크, 스위치 플러딩 동작

 - 브리징 루프 방지 대책 : 스위치 특정 포트를 논리적으로 차단(Blocking)시킴
 - Blocking 포트 : 프레임 송수신이 불가능한 포트를 의미한다.

 

   ① Blocking 포트는 평상시에 프레임 송수신이 차단된다.
   ② 그러나 사용중인 링크가 장애가 발생하면, Blocking 포트는 Forwarding 상태로 전환하여 프레임 송수신이 가능해진다.
   ③ 또한, 링크 장애가 복구되면, 다시 Blocking 상태로 전환된다.

 

 - ①, ②, ③ 동작을 담당하는 프로토콜 : STP

 

 

 

 

3. STP(Spanning-Tree Protocol)

 

 - IEEE 802.1d Spanning-Tree Protocol
 - 이중화 링크에서 발생하는 브리징 루프를 방지하는 기능을 수행한다.
 - BPDU 메세지를 이용하여 모니터링을 실시하여 장애 발생 및 복구를 주기적으로 감시한다.
 

 

 

4. STP 파라메터 값

 

 - 브리지 아이디, Cost, Port-ID는 STP가 특정 포트를 Blocking 할때, 사용하는 값들이다.

 

 1) 브리지 아이디

 

 - 스위치 식별자 = 64bit (우선 순위 16bit + MAC 주소 48bit)
 - 우선 순위 기본값 : 32768

 

 2) Cost

 

 - 스위치와 스위치간에 연결된 링크 메트릭

 

인터페이스/포트 이름  BW      Cost
 
Ethernet                   10M      100
FastEthernet              100M      19
GigaEthernet             1000M      4
10GigaEthernet          10000M    2

 

Ex) SW3에서 SW1까지 Cost 값은 얼마인가? 38

 

SW1[F0/24]-------------------[F0/24]SW2[F0/22]-------------------[F0/22]SW3

 

 3) Port-ID (Port-Priority)

 

 - 포트 번호
 - 기본값 : 128.포트 번호

 

Ex) F0/24 -> 128.24

 

 

 

5. STP 포트 유형

 

 - Designated Port/DP : BPDU 송신 포트
 - Root Port/RP  : BPDU 수신 포트

 

Ex) DP                              RP
       BPDU ->          BPDU ->

 

 

 

 

 '@IEEE 802.1d STP.pkt' 파일

 

 

 

6. STP 정보 확인

 

SW1#show spanning-tree vlan 1
VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol ieee
  Root ID    Priority    32769
             Address     0001.9608.DC2A
             This bridge is the root
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    32769  (priority 32768 sys-id-ext 1)
             Address     0001.9608.DC2A
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time  20

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/20           Desg FWD 19        128.20   P2p
Fa0/24           Desg FWD 19        128.24   P2p
Fa0/1            Desg FWD 19        128.1    P2p

 

SW3#show spanning-tree vlan 1
VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol ieee
  Root ID    Priority    32769
             Address     0001.9608.DC2A
             Cost        19
             Port        20(FastEthernet0/20)
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    32769  (priority 32768 sys-id-ext 1)
             Address     000C.85D0.6076
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time  20

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/1            Desg FWD 19        128.1    P2p
Fa0/20           Root FWD 19        128.20   P2p
Fa0/22           Desg FWD 19        128.22   P2p

 

SW2#show spanning-tree vlan 1
VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol ieee
  Root ID    Priority    32769
             Address     0001.9608.DC2A
             Cost        19
             Port        24(FastEthernet0/24)
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    32769  (priority 32768 sys-id-ext 1)
             Address     0030.A383.1759
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time  20

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/1            Desg FWD 19        128.1    P2p
Fa0/22           Altn BLK 19        128.22   P2p
Fa0/24           Root FWD 19        128.24   P2p

 

 

 

7. STP를 이용한 포트 Blocking 과정

 

 1) 루트 브리지 선출

 

 - 브리지 아이디의 우선 순위가 가장 낮은 스위치
 - 브리지 아이디의 MAC 주소가 가장 낮은 스위치

 

 2) DP/RP

 

 - DP : BPDU 송신 포트
 - RP : BPDU 수신 포트
 - 루트 브리지에서 BPDU 송신이 시작되기 때문에 Root Bridge 포트가 DP로 선정됨
 - RP는 루트 브리지까지 Cost 값이 가장 낮은 스위치 포트로 선정됨

 

 3) Blocking 포트

 

 - 루트 브리지까지 Cost이 높은 스위치 포트
 - Bridge-ID 값이 높은 스위치 포트
 - 상대방 포트 아이디가 높은 포트에 연결된 스위치 포트

 

 

 

8. Blocking 포트

 

 - Blocking 포트는 프레임 송수신이 안된다.
 - Blocking 포트는 BPDU 송신이 안된다.
 - 단, Blocking 포트는 BPDU 수신은 가능하다.
 

SW2[F0/22]-------------------------[F0/22]SW3
       Blocking       DP
       BPDU 수신 가능

       프레임 송수신 X
       BPDU 송신 X

 

 

 

9. STP 루트 브리지 및 Blocking 수동 설정

 

 - Root Bridge   : SW2
 - Backup Root Bridge : SW3
 - Non Root Bridge   : SW1 (F0/20 BLK)
 

SW2(config)#spanning-tree vlan 1 priority 4096

 

SW3(config)#spanning-tree vlan 1 priority 16384

 

 - 설정하고 30초 이후에 확인 실시

 

SW2#show spanning-tree vlan 1 <- This bridge is the root

SW1#show spanning-tree vlan 1 <- F0/20 BLK

 

 

 

10. STP 타이머

 

 - Hello 타이머  : BPDU 전송 주기, 기본값 2초
 - Forward Delay 타이머 : 스위치 포트가 Forwarding 상태로 전환되는데 필요한 시간, 기본값 15초
 - Max Age 타이머  : Blocking 포트로 새로운 BPDU를 수신하면, 기존의 BPDU랑 비교하는 시간, 기본값 20초

 

 

 

11. STP 포트 상태

 

 - Disable  : 포트 비활성화 상태(shutdown, 케이블 연결 X)

 - Blocking : 브리징 루프를 방지하기 위해서 포트를 논리적으로 차단한 상태
                프레임 송수신 X, BPDU 송신 X
                단, BPDU 수신 O

 

 - Listening : 포트가 동작하기 위한 준비 단계
                 루트 브리지까지 Cost 값 계산
                 DP 선정/RP 선정 결정
                 Forward Delay 타이머 적용 (15초)

 

 - Learning : MAC 주소 단계
                 Forward Delay 타이머 적용 (15초)

 

 - Forwarding : 프레임 송수신 가능 상태

 

 - IEEE 802.1d STP는 컨버전스가 30초, 50초라는 지연이 있기 때문에 현재 내부망에서는 권장하지 않는다.

 

 

 

12. IEEE 802.1w RSTP

 

 - STP 컨버전스가 상당히 빠른 STP 프로토콜

 

SW1(config)#spanning-tree mode rapid-pvst

 

SW2(config)#spanning-tree mode rapid-pvst

 

SW3(config)#spanning-tree mode rapid-pvst

 

 

SW1,SW2,SW3#show spanning-tree vlan 1

 

 

 

12. PVST(Per VLAN STP)

 

 - 각각의 VLAN 마다가 STP를 제공하는 서비스
 - 목적 : 각각의 VLAN마다 루트 브리지 및 Blocking 위치를 서로 다르게하여 로드 분산을 실시할 수 있다.

 

SW1(config)#vlan 11
SW1(config-vlan)#vlan 12
SW1(config-vlan)#end

 

 

SW2(config)#vlan 11
SW2(config-vlan)#vlan 12
SW2(config-vlan)#end

 

 

SW3(config)#vlan 11
SW3(config-vlan)#vlan 12
SW3(config-vlan)#end

 

SW1#show spanning-tree

VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol rstp
  Root ID    Priority    4097
             Address     0030.A383.1759
             Cost        19
             Port        24(FastEthernet0/24)
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    32769  (priority 32768 sys-id-ext 1)
             Address     0001.9608.DC2A
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time  20

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/20           Altn BLK 19        128.20   P2p
Fa0/24           Root FWD 19        128.24   P2p
Fa0/1            Desg FWD 19        128.1    P2p

 

VLAN0011
  Spanning tree enabled protocol rstp
  Root ID    Priority    32779
             Address     0001.9608.DC2A
             This bridge is the root
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    32779  (priority 32768 sys-id-ext 11)
             Address     0001.9608.DC2A
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time  20

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/20           Desg BLK 19        128.20   P2p
Fa0/24           Desg FWD 19        128.24   P2p

 

VLAN0012
  Spanning tree enabled protocol rstp
  Root ID    Priority    32780
             Address     0001.9608.DC2A
             This bridge is the root
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    32780  (priority 32768 sys-id-ext 12)
             Address     0001.9608.DC2A
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time  20

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/20           Desg BLK 19        128.20   P2p
Fa0/24           Desg FWD 19        128.24   P2p