Switch - STP

STP(Spanning-Tree Protocol)란 ?

---

 스위치에서 이중화 등으로 인해 출발지부터 목적지까지의 경로가 두 개 이상 존재할 때, 스위칭 루프가 발생하는데, 이 때 한 개의 경로만을 남겨 두고 나머지 는 모두 끊어 두었다가 사용하던 경로에 문제가 발생하면 그때 끊어두었던 경로 를 하나씩 살리는 방식의 프로토콜

 

스위칭 루프

---

스위칭 루프 발생 원인

스위치의 작동 원리
 ∙ Learning
 ∙ Forwarding 
 ∙ Filtering
 ∙ Aging
 ∙ Flooding

위의 작동 원리 중 모든 포트로 패킷을 내보내는 ‘Flooding’으로 인해 발생

 

스위칭 루프 발생시 발생되는 현상

1. Broadcast Storm

- 스위치를 연결한 링크가 이중 경로가 되었기 때문에 pc에서 보낸 정보를 R4가 응답하기 전 까지 브로드캐스트가 지속적으로 발생

-> CPU 소모 극대화

 

 

 

 

 

 

 

2. Multiple Frame Copy

 

- pc가 Unicast Frame을 R4로 보내게 되면, sw1이 Frame를 받 게 됨

- sw1은 R4의 MAC Address가 MAC Address Table에 없기 때문 에 Flooding하게 되고, sw2를 거 쳐 동일한 Frame을 R4가 받음

 

 

 

 

 

 

 

3. MAC address instability

- 트래픽이 들어온 Port와 Source-MAC address를 매핑하여 MAC Table을 작성하는 스위치는 정상적으로 들어온 트래픽과 우회 하여 들어온 트래픽의 SourceMAC address가 같기 때문에 스위치의 MAC Table이 계속 바뀌게 됨

 

 

 

 

 

 

 

 

STP(Spanning-Tree Protocol) 동작원리

---

STP 구하기 법칙

1.   Network 당 하나의 Root Bridge 선정

2.   Non-Root Bridge 별로 하나의 Root Port 선정

3.   Segment(스위치 간 서로 연결된 링크) 별로 하나의 Designated Port 선정

 

STP 정하는 순서

 1단계 

  -> 누가 더 작은 Root BID(Bridge ID)를 가졌는가?

 2단계

  -> 루트 브리지의 Path Cost값은 누가 더 작은가?

 3단계

  -> 누구의 Sender BID가 더 낮은가?

 4단계

  -> 누구의 Port ID가 더 낮은가?

 

Priority 확인 및 변경 명령어

1) Priority 확인 명령어

 

 

2) priority 변경 명령어

 

STP 선정 과정을 진행할 때, BPDU를 통해 Bridge ID, Port ID 등의 데이터를 확인하게 된다

 

 

BPDU(Bridge Protocol Data Unit)

---

BPDU의 종류에는 두 가지가 있다

 ∙ Configuration BPDU

 ∙ Topology Change Notification BPDU

 

 

○ BPDU는 2초 마다 작동하는 모든 Port에 보내지게 된다

○ 각 스위치들을 비교하여 누가 Root Bridge 인지 결정할 수 있게 한다

○ 스위치간 데이터 루프 방지를 위해 port를 Blocking한다

 

Topology Change Notification BPDU

○ Configuration BPDU와 다르게 BPDU Type 이후 field는 사용하지 않고 Padding 로 채워진다

○ 네트워크 망에 변화가 생길 때, TCN BPDU를 통해 Root Switch로 보고하며, 네 트워크 망에 변화가 있을 때만 사용한다

 

＊ Bridge ID의 데이터 구조

2byte	6byte
Priority	MAC

 

Bridge Priority : 0 ~ 65525

Default : 32768

 

＊ Port ID의 데이터 구조

1byte	1byte
Port Priority	Port Num

Port Priority : 0 ~ 255

Default : 128

 

＊ flag의 데이터 구조

0	1	2	3	4	5	6	7
TC	Agreement	Forwarding	Learning	Port Role		Proposal	TCA

 

TC(Topology change)

  ○ 토폴로지가 변화되었음을 알릴 때 사용한다

TCA(Topology change Acknowledgement flag)

  ○ TCN-BPDU를 수신했음을 알릴 때 사용한다

 

※ STP에서는 0, 7 bit만 사용하며, RSTP에서는 1 ~ 6 bit가 사용된다

 

STP Port의 상태 변화

 

 

 

∙ Port가 고장이 났거나 셧다운을 걸어 놓은 상태

 

 

∙ 스위치가 켜질때, Default 상태, 이 상태에서도 BPDU는 수신된다

BPDU를 받지 못하고 20초가 지나면 Listening 상태가 됨

 

∙ 15초 동안 STP 재계산, Loop가 발생하지 않는지를 확인

 

 

∙ 15초 동안 Forwarding을 위해 Mac Address를 Learning하여 MAC Table을 구성