Spanning Tree Protocol

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O protocolo STP(IEEE 802.1d) possibilita a inclusão de ligações redundantes entre os computadores, provendo caminhos alternativos no caso de falha de uma dessas ligações. Nesse contexto, ele serve para evitar a formação de loops entre os comutadores e permitir a ativação e desativação automática dos caminhos alternativos.

Para isso, o algoritmo de Spanning Tree determina qual é o caminho mais eficiente (de menor custo) entre cada segmento separado por bridges ou switches. Caso ocorra um problema nesse caminho, o algoritmo irá recalcular, entre os existentes, o novo caminho mais eficiente, habilitando-o automaticamente.

Caso o STP identifique que existem caminhos redundantes dentro da topologia da rede ele executará um processo de eleição onde destacará um deles como primário e posteriormente irá bloquear os demais, desabilitando as portas associadas ao caminho que foi bloqueado.

Basicamente o STP realizará três eleições:

Eleição para o switch raiz (root bridge)

Eleição para as portas bloqueadas (blocked ports)

Eleição para as portas raiz (root ports)

BID: É um número associado à todo switch rodando o STP. Ele é formado pelas informações de prioridade do switch(o padrão de cada switch é 32768 e pode ser alterada via configuração do dispositivo) juntamente com o endereço MAC do mesmo.

As eleições ocorrem da seguinte forma:

O switch com o menor BID é eleito o switch raiz (caso a prioridade seja a mesma a comparação ocorre entre o endereço MAC).

O caminho de maior custo até o switch raiz determina qual ou quais portas serão bloqueadas até eliminar o looping

O caminho de menor custo até o switch raiz determina qual ou quais portas serão determinadas como portas raiz

Em caso de empate no custo o STP irá optar pelo caminho que passa pelo menor BID.

Em caso de dois ou mais caminhos conectados a um mesmo switch a escolha se dará pela porta de menor ID.

Custos:

10MB - 100

100MB - 19

1GB - 4

10GB - 2

As informações de BID trocadas entre os switches assim como demais mensagens geradas pelo STP são enviadas através de BPDUs(Bridge Protocol Data Units) dentro da rede e fazem com que as portas dos switches passem por determinados estágios antes de finalizarem a convergência do protocolo. O Tempo de convergência é de 40 segundos.

Blocking – Apenas recebendo BPDUs.

Listening – O switch processa BPDUs e espera por possíveis novas informações que podem fazê-lo voltar ao estado de Bloqueio.

Learning – Quando a porta ainda está “aprendendo” e montando sua tabela de endereços de origem dos frames recebidos.

Forwarding – A porta envia e recebe dados. Operação normal. O STP continua monitorando por BPDUs que podem indicar que a porta deve retornar ao estado de bloqueio prevenindo um loop.

Disabled – Não está utilizando STP. O administrador de redes pode desabilitar a porta manualmente.

Por fim é importante comentar que podemos ter um switch raiz por dominio de broadcast. Ou seja, em redes que implementam VLANs é possivel e as vezes até necessário que tenhamos um switch raiz por VLAN.