Spanning Tree چیست؟

STP مخفف Spanning Tree Protocol یک پروتکل شبکه است که یک توپولوژی منطقی بدون Loop برای شبکه های اترنت ایجاد می کند. به زبان ساده STP یک پروتکل است که از بوجود آمدن Loop در سوئیچ جلوگیری می کند.

پروتکل STP چیست؟

Spanning Tree Protocol یک پروتکل شبکه است که یک توپولوژی منطقی بدون Loop برای شبکه های اترنت ایجاد می کند.

به زبان ساده STP یک پروتکل است که از بوجود آمدن Loop در سوئیچ جلوگیری می کند.

منظور از Loop هم این است که یک بسته از نقطه وارد شبکه شود و در یک حلقه بیفتد و مدام بین سوئیچ های شبکه بچرخد.

در این حالت بسته مورد نظر هرگز از بین نخواهد رفت.

اگر تعداد این بسته ها زیاد شود مسلما به زودی شبکه پر از این بسته های مزاحم خواهد شد و شبکه را مختل خواهد کرد.

کار پروتکل STP در سوئیچ جلوگیری از بوجود آمدن لوپ در شبکه است.

همچنین Spanning Tree پروتکلی است که با تشخیص مسیر جایگزین یا مسیر دوم آنرا تا زمانی که مورد نیاز نیست مسدود می کند.

بنابراین طراح شبکه می تواند دو یا چند مسیر را بین سوئیچ های خود در نظر بگیرد ، یک مسیر را به عنوان مسیری اصلی و باقی مسیرها به عنوان رزرو در نظر گرفته می شود و در صورت قطع شدن مسیر اصلی مسیر رزور به سرعت جایگزین مسیر اصلی شده و ترافیک را منتقل می کند.

و به این شکل یک شبکه با قابلیت اطمینان بیشتر خواهیم داشت.

پروتکل Spanning Tree (STP) بر اساس الگوریتمی ساخته شده است که توسط Radia Perlman در DEC (شرکت تجهیزات دیجیتال ، اکنون بخشی از HP) ساخته شده است.

سپس پروتکل Spanning Tree (STP) توسط IEEE به عنوان استاندارد IEEE 802.1D معرفی شد.

نحوی عملکرد یک سوئیچ در لایه دوم به صورت زیر است

• در هنگام دریافت یک فریم MAC Address فرستنده فریم و شماره پورتی که فریم را روی آن دریافت کرده را در جدول تحت عنوان CAM Table ذخیره می کند.
• فریم های Broadcast و Multicast را روی تمام پورت های خود غیر از پورتی که این فریم را روی آن دریافت کرده ارسال می کند.
• آدرس MAC گیرنده فریم های unicast را در جدول CAM Table چک می کند در صورتی که مورد مشابه پیدا کند فریم را به پورت متناظر ارسال آن ارسال می کند.
• در صورتی که آدرس MAC گیرنده فریم unicast را در جدول CAM Table خود نداشته باشد این فریم را روی تمام پورت های خود غیر از پورتی که فریم را روی ان دریافت کرده ارسال می کند.
• در فریم دریافتی تغییر ایجاد نمی کند.

نحوی عملکرد STP در سویچ چگونه است؟

STP یک سوئیچ را به عنوان Root Bridge انتخاب می کند ، سپس از باقی سوئیچ ها به سمت سوئیچ ریشه یا همان Root Bridge یک مسیر به عنوان loop-free (یک مسیر بودن ایجاد loop) انتخاب می شود. در نهایت شبکه ما به صورت یک درخت در می اید که Root Bridge به عنوان ریشه این درخت است.

توپولوژی های لایه دو ارتباطات بصورت یک شمای کلی در نظر گرفته می شوند و ارتباطات تک به تک در سوئیچ های مختلف بصورت مجزا در نظر گرفته نمی شود و نیاز است که جهت مسیریابی صحیح در توپولوژی مربوط به هر شبکه با توجه به تعداد لینکهای ارتباطی مبدا مشخصی برای آغاز ارتباط در نظر گرفته شود و این مبدا بعنوان محلی برای کنترل ارتباط باشد که تمامی سوئیچ ها با توجه به محل آن در شبکه موقعیت خود را در نظر گرفته و با استفاده از آن بتوانند به سوئیچ های دیگر که با آنها ارتباط دارند محل خود و آن نقطه مرجع را اعلام کنند به این ترتیب امکان بروز Loop در شبکه های لایه دو به حداقل و تقریبا به صفر می رسد. اما آیا تنها مشخص شدن یک نقطه مرجع در یک شبکه لایه دو کافیست که از بروز Loop در شبکه جلوگیری شود؟ خیر. با مشخص شدن این نقطه مرجع یا همان Root Bridge لازم است که سوئیچ ها لینک های منتهی به این نقطه را همواره بعنوان لینک با اولویت بالاتر در نظر داشته و مسیرهای طولانی تر تا این نقطه مرجع را در اولویت های بعدی قرار دهند. پس از آن لینکهایی که اولویت پائین تری دارند نیاز است که بررسی شده و لینک Redundant که نیازی به استفاده آن با توجه به مسیر و اولویتها و همچنین موقعیت پورتها نمی باشد بصورت غیرفعال از نظر ارسال اطلاعات و داده های کاربران در سطح لایه دو تغییر حالت داده و بصورت موقت امکان ارسال اطلاعات بر روی آن نباشد که مسیرها از حالت Loop خارج شوند.

تمامی این مکانیزم توسط یک پروتکل و تکنولوژی با هوشمندی و امکان تحلیل داده بالا انجام میگیرد که با عنوان Spanning-tree شناخته میشود

یکی از مواردی که پروتکل Spanning-tree را جهت اجرایی شدن یاری می نماید BPDU  یا همان Bridge protocol data units می باشد که همان بسته های ارتباطی جهت پیغامهای مربوط به سوئیچ ها و موقعیت پورتها و لینکهای مرتبط با سوئیچ ها بوده و با استفاده از این BPDU ها این اطلاعات بین سوئیچ ها رد و بدل می گردد. با استفاده از این پیغامها سوئیچ ها می توانند در تعیین Root Bridge و همچنین Root port و دیگر موارد لازم جهت عملیات Spanning-tree با یکدیگر هماهنگ شده و در نهایت یک توپولوژی کامل را کنترل کنند