CCNA試験対策 ch9 Spanning Tree Protocol Concepts

CCNA ネットワーク勉強メモ

SPOFのなきよう、LANは冗長化すべき
だが、ループがあるとフレームが永久に回り続ける
これを解決するのがSTP
STPの歴史
- 1990年、STP標準化(IEEE 802.1D)
- だんだんRSTP: Rapid Spanning Tree Protocolに置き換わる
- RSTP標準化(IEEE 802.1w)
- 2004年、RSTPがIEEE 802.1Dに統合される
きょうび使われるのはRSTP
- Cisco製品のデフォルトはSTPではなくRSTP
- CCNA試験でもRSTPが名指し

STP and RSTP Basics

forwarding/blocking state
- STP/RSTPによる、interfaceごとのフレーム送受信前チェック
- forwarding stateならふつう
- blocking stateならば、そのinterfaceでは送受信しない

The Need for Spaning Tree

LANにループがあると生じる不具合
- Broadcast storms
- MAC table instability
- Multiple frame transmission
- floodしたやつが同一hostに複数届いちやう

What Spanning Tree Does

STP convergence
- LANトポロジの変化を検知し、forwarding/blocking stateを良しなに切り替える
- 使用中の接続が切断され、全域木でなくなったり、冗長ケーブルを使用して全域木の再構成をはかる

How Spanning Tree Works

STPはL2 switch登場以前から存在した
- ので、STPの文脈では「bridge」という言葉がswitchと同義で用いられたりする
- switchに機能が組み込まれている
アルゴリズム(STA: Spanning Tree Algorithm)概要
- root switchが選出される
- root switchからのコストが最小になる感じに全域木のエッジが選ばれる
- designated switch
  - 選ばれたエッジに繋がっているノード
- designated port
  - designated switchの、選ばれたエッジに繋がっているport
  - root switchのportはすべてこれ
- root port
  - rootへとつながるポート

The STP Bridge IP and Hello PDU

BID: bridge ID (8バイト)
- priority (2バイト)
- system ID (6バイト)
- burnt-in address
BPDU: Bridge Protocol Data Units

Elcting the Root Switch

priorityの最も低いもの
priorityがタイならば、MACアドレスの最も低いもの

Choosing Each Switch’s Root Port

root bridgeに最も近いポートを選ぶ
なにをもって近いとするか
root path cost が最小であること
- root bridgeに至るまでの経路のコストの最小値

Configuring to Influence the STP Topology

switchのpriority
- 他のどのswitchよりも小さな値に設定することで、root switchに選出させる
port costs
- 設定可能
- IEEE標準のデフォルト:

speed	IEEE Cost(~1998)	IEEE Cost (2004~)
10 MBps	100	2,000,000
100 Mbps	19	200,000
1 Gbps	4	20,000
10Gbps	2	2,000
100 Gbps	-	200
1 Tbps	-	20

実際の速度に基づくことに注意
- 10/100/1000ポートでも10 Mbpsで使用していれば一番上のコスト

Details Specific to STP (and Not RSTP)

ひとたびSTPの設定が完了すると、ネットワークトポロジーが変わるまではそのままであり続ける
トポロジーが変われば設定も変わる

STP Activity When the Network Remains Stable

rootがforwarding stateな全interfaceにHello BPDUを送出
nonroot switchたちはroot portでHello BPDUを受信し、下記情報を含めてHelloをdesignated portsに送出
- 送信者のBID
- 自身のBID
- コスト
繰り返す

STP Timers That Manage STP Convergence

全switch共通でroot switchのタイマー設定を用いる
- Hello BPDUに含まれているということ

timer	default value	description
Hello	2 sec	Hello周期
MaxAge	Hello 10回分	Helloが途絶えた後、STPトポロジを変更するまでの時間
Forward delay	15 sec	blocking -> forwarding の変更の際の、interim listening/learning stateの時間

Changing Interface States with STP

forwarding -> blocking は即座
blocking -> forwardingは中間状態をともなう
- temporary loopを防ぐため
中間状態
- Listening
- frameをforwardingしない
- 古くなったMAC address tableを削除する
- Learning
- frameをforwardingしない
- MACアドレスの学習を始める
listening/learningそれぞれにforward delayだけの時間をかける
デフォルト設定で、接続断からトポロジー変更・再疎通にかかる時間は50秒
- MaxAge 20秒
- listening 15秒
- learning 15秒

State	Forward	Learn Mac Addresses	Stable/Transitory
Blocking	No	No	Stable
Listening	No	No	Transitory
Learning	No	Yes	Transitory
Forwarding	Yes	Yes	Stable
Disabled	No	No	Stable

Rapid STP Concepts

H/W,S/Wの向上にともない登場
何がrapidか？
Convergenceが速い
- 全体的にタイマー待ちが減っている

Comparing STP and RSTP

同じ
- rootの選出方法
- root portの選び方
- designated portの選び方
- ポートごとにforwarding/blocking state
- ただし、RSTPではblocking stateではなくdiscarding stateという
RSTP特有のところ
- forwarding stateを待つこと無くroot port切り替え可能
- forwarding stateを待つこと無くdesignated port切り替え可能
- タイマー待ち時間の低減
- タイマーを待たずに隣のswitchに問題を問い合わせたりする

RSTP and the Alternate (Root) Port Role

port role	機能
root port
alternate port	root port不良時のかわり
designated port
backup port	designated port不良時のかわり
disabled port

RSTP States and Processes

RSTP State	STP State
Discarding	Disabled
Discarding	Blocking
-	Listening
Learning	Learning
Forwarding	Forwarding

disabled: administratively disabled
- shutdownとか？
Listening Stateの廃止について
- STPではMAC Address Tableの不要エントリが消えるのをタイマーで待っていた
- RSTPでは、ループになりそうなエントリを即座に消す

RSTP and the Backup (Designated) Port Role

designated port不良時、即座に切り替える

RSTP Port Types

2種類の分類がある
- point-to-point ports
- 2つのswitchを2点間接続するポート
- point-to-point edge ports, edge ports
- endpoint device(PCやサーバなど)と2点間接続するポート
shared port
- LAN hubに接続されたhalf duplexなポート

Optional STP Features

EtherChannel

STP Convergenceの時間を減らすにはどうすればよいか？
convergeしなければいい
- ポートやケーブルが1箇所くらい不良になってもconvergeしなくてすむような構成
EtherChannel
- 複数のEthernet接続をひとまとめにして並列に使う
- 8本まで
- CCNA範囲としてはL2/L3両方の設定がある

PortFast

blocking->forwardingに即座に遷移する機能
そもそもなぜ listening/learning 中間状態が必要か？
temporary loopを避けるため
したがって、この機能を使えるのは、temporary loopが生じえないポートのみ
- bridgeに繋がっていない
- switchに繋がっていない
- その他STP-speaking deviceに繋がっていない
RSTPでいうpoint-to-point edge portで使える

BPDU Guard

STP/RSTPの脆弱性
- 攻撃者がpriorityの低いswitchを繋ぐと、そのswitchがrootになる
- ネットワーク管理者の期待通りのパフォーマンスが出なくなる
- rootを盗聴されると、そのLANの多くのフレームが盗聴される
- STP/RSTP機能非搭載の安価なLANスイッチを勝手につなぐ人がいると、loopが生じてしまいうる
対策: Cisco BPDU Guard
- 他のswitchと繋がずaccess portとしてしか使用しないportでは、BPDUを遮断する