также оказывает непосредственное влияние на производительность коммутатора. Буферная память используется для временного хранения кадров, в случае если их невозможности немедленной передачи на выходной порт. Основное назначение буферной памяти заключается в сглаживании кратковременных пиковых пульсаций трафика. Такие ситуации могут возникать в случае, если на все порты коммутатора одновременно предаются кадры, и у коммутатора нет возможности передавать принимаемые кадры на порты назначения. Чем больше объем буферной памяти, тем ниже вероятность потери кадров при перегрузках. Размер буферной памяти может указываться как общий, так и в расчете на порт. Для повышения эффективности использования буферной памяти в некоторых моделях коммутаторов память может перераспределяться между портами, так как перегрузки на всех портах маловероятны.
1.3 Алгоритм покрывающего дерева (STA )
Алгоритм покрывающего дерева - Spanning Tree Algorith (STA) позволяет коммутаторам автоматически определять древовидную конфигурацию связей в сети при произвольном соединении портов между собой. Как уже отмечалось, для нормальной работы коммутатора требуется отсутствие замкнутых маршрутов в сети. Эти маршруты могут создаваться администратором специально для образования резервных связей или же возникать случайным образом, что вполне возможно, если сеть имеет многочисленные связи, а кабельная система плохо структурирована или документирована.
Поддерживающие алгоритм STA коммутаторы автоматически создают активную древовидную конфигурацию связей, то есть связную конфигурацию без петель, на множестве всех связей сети. Такая конфигурация называется покрывающим деревом - Spanning Tree (иногда ее называют основным деревом), и ее название дало имя всему алгоритму. Алгоритм Spanning Tree описан в стандарте IEEE 802.1D, том же стандарте, который определяет принципы работы прозрачных мостов.
Коммутаторы находят покрывающее дерево адаптивно, с помощью обмена служебными пакетами. Реализация в коммутаторе алгоритма STA очень важна для работы в больших сетях - если коммутатор не поддерживает этот алгоритм, то администратор должен самостоятельно определить, какие порты нужно перевести в заблокированное состояние, чтобы исключить петли. К тому же при отказе какого-либо кабеля, порта или коммутатора администратор должен, во-первых, обнаружить факт отказа, а во-вторых, ликвидировать последствия отказа, переведя резервную связь в рабочий режим путем активизации некоторых портов. При поддержке коммутаторами сети протокола Spanning Tree отказы обнаруживаются автоматически, за счет постоянного тестирования связности сети служебными пакетами. После обнаружения потери связности протокол строит новое покрывающее дерево, если это возможно, и сеть автоматически восстанавливает работоспособность. Алгоритм Spanning Tree определяет активную конфигурацию сети за три этапа.
Сначала в сети определяется корневой коммутатор (root switch), от которого строится дерево. Корневой коммутатор может быть выбран автоматически или назначен администратором. При автоматическом выборе корневым становится коммутатор с меньшим значением МАС-адреса его блока управления.
Затем, на втором этапе, для каждого коммутатора определяется корневой порт(root port) - это порт, который имеет по сети кратчайшее расстояние до корневого коммутатора (точнее, до любого из портов корневого коммутатора).
И наконец, на третьем этапе для каждого сегмента сети выбирается так называемый назначенный порт (designated port) - это порт, который имеет кратчайшее расстояние от данного сегмента до корневого коммутатора. После определения корневых и назначенных портов каждый коммутатор блокирует остальные порты, которые не попали в эти два класса портов. Можно математически доказать что при таком выборе активных портов в сети исключаются петли и оставшиеся связи образуют покрывающее дерево (если оно может быть построено при существующих связях в сети). Понятие расстояния играет важную роль в построении покрывающего дерева. Именно по этому критерию выбирается единственный порт, соединяющий каждый коммутатор с корневым коммутатором, и единственный порт, соединяющий каждый сегмент сети с корневым коммутатором.
На рис. 4 показан пример построения конфигурации покрывающего дерева для сети, состоящей из 5 сегментов и 5 коммутаторов. Корневые порты закрашены темным цветом, назначенные порты не закрашены, а заблокированные порты перечеркнуты. В активной конфигурации коммутаторы 2 и 4 не имеют портов, передающих кадры данных, поэтому они закрашены как резервные.
Рис.5 Построение покрывающего дерева по алгоритму STA
Расстояние до корня определяется как суммарное условное время на передачу одного бита данных от порта данного коммутатора до порта корневого коммутатора. При этом считается, что время внутренних передач данных (с порта на порт) коммутатором пренебрежимо мало, а учитывается только время на передачу данных по сегментам сети, соединяющим коммутаторы. Условное время сегмента рассчитывается как время, затрачиваемое на передачу одного бита информации в 10 наносекундных единицах между непосредственно связанными по сегменту сети портами. Так, для сегмента Ethernet это время равно 10 условным единицам, а для сегмента Token Ring 16 Мбит/с - 6,25. (Алгоритм STA не связан с каким-либо определенным стандартом канального уровня, он может применяться к коммутаторам, соединяющим сети различных технологий.)
В приведенном примере предполагается, что все сегменты работают на одной скорости, поэтому они имеют одинаковые условные расстояния, которые поэтому не показаны на рисунке.
Для автоматического определения начальной активной конфигурации дерева все коммутаторы сети после их инициализации начинают периодически обмениваться специальными пакетами, называемыми протокольными блоками данных моста - BPDU (Bridge Protocol Data Unit), что отражает факт первоначальной разработки алгоритма STA для мостов.
2 Специальная часть
2.1 Структуризация LAN с помощью мостов
2.1.1 Принципы работы мостов
Прозрачные мосты
Прозрачные мосты незаметны для сетевых адаптеров конечных узлов, так как они строят специальную адресную таблицу, на основании которой можно, передавать пришедший кадр в какой-либо другой сегмент или нет. Сетевые адаптеры при использовании прозрачных мостов работают точно так же, как и в случае их отсутствия, то есть не предпринимают никаких дополнительных действий, чтобы кадр прошел через мост. Алгоритм прозрачного моста не зависит от технологии локальной сети, в которой устанавливается мост, поэтому прозрачные мосты Ethernet работают точно так же, как прозрачные мосты FDDI. Прозрачный мост строит свою адресную таблицу на основании пассивного наблюдения за трафиком, циркулирующим в подключенных к его портам сегментах. При этом мост учитывает адреса источников кадров данных, поступающих на порты моста. По адресу источника кадра мост делает вывод о принадлежности этого хоста тому или иному сегменту сети. На рис.7 проиллюстрирован процесс работы прозрачного моста.
«Построение сети с помощью алгоритма покрывающего дерева» - страница №1/1
Московский государственный институт электроники и математики
(технический университет)
Информационно-коммуникационные технологии
Расчётно-графическая работа №1 по дисциплине:
«Технические средства сетей ЭВМ»
«Построение сети с помощью алгоритма покрывающего дерева»
Вариант №5
Выполнил: студент гр. C-94
Новиков Р.О.
Преподаватель:
Леохин Ю.Л.
Москва 2008
Содержание
|
1. Введение |
3 |
|
2. Техническое задание |
6 |
|
3. Задача 1 |
7 |
|
4. Задача 2 |
8 |
|
5. Задача 3 |
9 |
|
6. Задача 4 |
10 |
|
Выводы |
11 |
1. Введение
Алгоритм покрывающего дерева - Spanning Tree Algorithm (STA) позволяет коммутаторам автоматически определять древовидную конфигурацию связей в сети при произвольном соединении портов между собой. Как уже отмечалось, для нормальной работы коммутатора требуется отсутствие замкнутых маршрутов в сети. Эти маршруты могут создаваться администратором специально для образования резервных связей или же возникать случайным образом, что вполне возможно, если сеть имеет многочисленные связи, а кабельная система плохо структурирована или документирована.
Поддерживающие алгоритм STA коммутаторы автоматически создают активную древовидную конфигурацию связей (то есть связную конфигурацию без петель) на множестве всех связей сети. Такая конфигурация называется покрывающим деревом - Spanning Tree (иногда ее называют основным деревом), и ее название дало имя всему алгоритму. Алгоритм Spanning Tree описан в стандарте IEEE 802.1D, том же стандарте, который определяет принципы работы прозрачных мостов.
Коммутаторы находят покрывающее дерево адаптивно, с помощью обмена служебными пакетами. Реализация в коммутаторе алгоритма STA очень важна для работы в больших сетях - если коммутатор не поддерживает этот алгоритм, то администратор должен самостоятельно определить, какие порты нужно перевести в заблокированное состояние, чтобы исключить петли. К тому же при отказе какого-либо кабеля, порта или коммутатора администратор должен, во-первых, обнаружить факт отказа, а во-вторых, ликвидировать последствия отказа, переведя резервную связь в рабочий режим путем активизации некоторых портов. При поддержке коммутаторами сети протокола Spanning Tree отказы обнаруживаются автоматически, за счет постоянного тестирования связности сети служебными пакетами. После обнаружения потери связности протокол строит новое покрывающее дерево, если это возможно, и сеть автоматически восстанавливает работоспособность.
Алгоритм Spanning Tree определяет активную конфигурацию сети за три этапа.
Сначала в сети определяется корневой коммутатор (root switch), от которого строится дерево. Корневой коммутатор может быть выбран автоматически или назначен администратором. При автоматическом выборе корневым становится коммутатор с меньшим значением МАС - адреса его блока управления.
Затем, на втором этапе, для каждого коммутатора определяется корневой порт (root port) - это порт, который имеет по сети кратчайшее расстояние до корневого коммутатора (точнее, до любого из портов корневого коммутатора).
И наконец, на третьем этапе для каждого сегмента сети выбирается так называемый назначенный порт (designated port) - это порт, который имеет кратчайшее расстояние от данного сегмента до корневого коммутатора. После определения корневых и назначенных портов каждый коммутатор блокирует остальные порты, которые не попали в эти два класса портов. Можно математически доказать, что при таком выборе активных портов в сети исключаются петли и оставшиеся связи образуют покрывающее дерево (если оно может быть построено при существующих связях в сети).
Расстояние до корня определяется, как суммарное условное время на передачу одного бита данных от порта данного коммутатора до порта корневого коммутатора. При этом считается, что время внутренних передач данных (с порта на порт) коммутатором пренебрежимо мало, а учитывается только время на передачу данных по сегментам сети, соединяющим коммутаторы. Условное время сегмента рассчитывается как время, затрачиваемое на передачу одного бита информации в 10 наносекундных единицах между непосредственно связанными по сегменту сети портами. Так, для сегмента Ethernet это время равно 10 условным единицам, а для сегмента Token Ring 16 Мбит/с - 6,25. (Алгоритм STA не связан с каким-либо определенным стандартом канального уровня, он может применяться к коммутаторам, соединяющим сети различных технологий.)
В приведенном примере предполагается, что все сегменты работают на одной скорости, поэтому они имеют одинаковые условные расстояния, которые поэтому не показаны на рисунке.
Для автоматического определения начальной активной конфигурации дерева все коммутаторы сети после их инициализации начинают периодически обмениваться специальными пакетами, называемыми протокольными блоками данных моста - BPDU (Bridge Protocol Data Unit), что отражает факт первоначальной разработки алгоритма STA для мостов.
Идентификаторы коммутаторов состоят из 8 байт, причем младшие 6 являются МАС - адресом блока управления коммутатора. Старшие 2 байта в исходном состоянии заполнены нулями, но администратор может изменить значение этих байтов, тем самым назначив определенный коммутатор корневым.
После инициализации каждый коммутатор сначала считает себя корневым. Поэтому он начинает через интервал hello генерировать через все свои порты сообщения BPDU конфигурационного типа. В них он указывает свой идентификатор в качестве идентификатора корневого коммутатора (и в качестве идентификатора данного коммутатора также), расстояние до корня устанавливается в 0, а в качестве идентификатора порта указывается идентификатор того порта, через который передается BPDU. Как только коммутатор получает BPDU, в котором имеется идентификатор корневого коммутатора, со значением, меньшим его собственного, он перестает генерировать свои собственные кадры BPDU, а начинает ретранслировать только кадры нового претендента на звание корневого коммутатора. На рис. 4.38 у коммутатора 1 идентификатор имеет наименьшее значение, раз он стал в результате обмена кадрами корневым.
При ретрансляции кадров каждый коммутатор наращивает расстояние до корня, указанное в пришедшем BPDU, на условное время сегмента, по которому принят данный кадр. Тем самым в кадре BPDU, по мере прохождения через коммутаторы, накапливается расстояние до корневого коммутатора. Если считать, что все сегменты рассматриваемого примера являются сегментами Ethernet, то коммутатор 2, приняв от коммутатора BPDU по сегменту 1 с расстоянием, равным 0, наращивает его на 10 единиц.
Ретранслируя кадры, каждый коммутатор для каждого своего порта запоминает минимальное расстояние до корня, встретившееся во всех принятых этим портом кадрах BPDU. При завершении процедуры установления конфигурации покрывающего дерева (по времени) каждый коммутатор находит свой корневой порт - это порт, для которого минимальное расстояние до корня оказалось меньше, чем у других портов. Так, коммутатор 3 выбирает порт А в качестве корневого, поскольку по порту А минимальное расстояние до корня равно 10 (BPDU с таким расстоянием принят от корневого коммутатора через сегмент 1). Порт В коммутатора 3 обнаружил в принимаемых кадрах минимальное расстояние в 20 единиц - это соответствовало случаю прохождения кадра от порта В корневого моста через сегмент 2, затем через мост 4 и сегмент 3.
Кроме корневого порта коммутаторы распределенным образом выбирают для каждого сегмента сети назначенный порт. Для этого они исключают из рассмотрения свой корневой порт (для сегмента, к которому он подключен, всегда существует другой коммутатор, который ближе расположен к корню), а для всех своих оставшихся портов сравнивают принятые по ним минимальные расстояния до корня с расстоянием до корня своего корневого порта. Если у какого-либо своего порта принятые им расстояния до корня больше, чем расстояние маршрута, пролегающего через свой корневой порт, то это значит, что для сегмента, к которому подключен данный порт, кратчайшее расстояние к корневому коммутатору ведет именно через данный порт. Коммутатор делает все свои порты, у которых такое условие выполняется, назначенными.
Если в процессе выбора корневого порта или назначенного порта несколько портов оказываются равными по критерию кратчайшего расстояния до корневого коммутатора, то выбирается порт с наименьшим идентификатором.
2. Техническое задание
Для сети, состоящей из 5 сегментов Ethernet и 6 мостов, соединенных так, как это показано на рисунке определить корневой мост и корневые порты и назначенные порты у некорневых мостов, используя алгоритм покрывающего дерева.
Идентификаторы мостов и портов обозначены цифрой после однобуквенного имени моста (B) или порта (P). Сегменты идентификаторов не имеют, и их порядковые номера приведены только для удобства.
Условные обозначения:
Корневой порт
Отключенный порт
Назначенный порт
3. Задача 1
Условие
Все мосты и порты имеют равные приоритеты, все сегменты имеют равную пропускную способность и условное время для них = 1.
Решение
|
B1.P1 |
B1.P2 |
B1.P3 |
B2.P1 |
B2.P2 |
B3.P1 |
B3.P2 |
|
|
minRPC |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
RPC |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
2 |
|
minB |
B1 |
B1 | |||||
|
minP |
P2 |
P1 |
|
B4.P1 |
B4.P2 |
B4.P3 |
B5.P1 |
B5.P2 |
B6.P1 |
B6.P2 |
|
|
minRPC |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
∞ |
|
RPC |
1 |
2 |
1 |
1 |
2 |
2 |
∞ |
|
minB |
B1 |
B1 |
B3 | ||||
|
MinP |
P3 |
P3 |
P2 |
4. Задача 2
Условие
Все параметры те же, что и в случае 1, но мост B1 отказал.
Решение
В заданных условиях корневым станет мост B2. Это произойдет в результате выполнения процедуры активной конфигурации, вызванной отказом моста B1.
|
B2.P1 |
B2.P2 |
B3.P1 |
B3.P2 |
B4.P1 |
B4.P2 |
B4.P3 |
B5.P1 |
B5.P2 |
B6.P1 |
B6.P2 |
|
|
minRPC |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
2 |
0 |
1 |
1 |
∞ |
|
RPC |
0 |
0 |
2 |
2 |
1 |
2 |
3 |
1 |
2 |
2 | |
|
minB |
B4 |
B2 |
B2 |
B3 | |||||||
|
minP |
P3 |
P2 |
P2 |
P2 |
5. Задача 3
Условие
Все мосты работоспособны, но производительность сегментов S3 и S5 в три раза выше остальных, поэтому условное время остальных сегментов в три раза больше, чем у S3 и S5.
Решение
Мост B1 имеет минимальный идентификатор – следовательно, он корневой.
|
B1.P1 |
B1.P2 |
B1.P3 |
B2.P1 |
B2.P2 |
B3.P1 |
B3.P2 |
|
|
minRPC |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
|
RPC |
0 |
0 |
0 |
3 |
3 |
1 |
6 |
|
minB |
B1 |
B1 | |||||
|
minP |
P2 |
P1 |
|
B4.P1 |
B4.P2 |
B4.P3 |
B5.P1 |
B5.P2 |
B6.P1 |
B6.P2 |
|
|
minRPC |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
∞ |
|
RPC |
3 |
6 |
1 |
3 |
6 |
6 |
∞ |
|
minB |
B1 |
B1 |
B3 | ||||
|
minP |
P1 |
P3 |
P2 |
6. Задача 4
Условие
Все сегменты имеют одинаковую производительность, но администратор установил более высокий приоритет для моста B5.
Решение
Мост B5 имеет максимальный приоритет – следовательно, он корневой.
|
B1.P1 |
B1.P2 |
B1.P3 |
B2.P1 |
B2.P2 |
B3.P1 |
B3.P2 |
|
|
minRPC |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
|
RPC |
2 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
|
minB |
B5 |
B5 |
B5 |
||||
|
minP |
P1 |
P1 |
P2 |
|
B4.P1 |
B4.P2 |
B4.P3 |
B5.P1 |
B5.P2 |
B6.P1 |
B6.P2 |
|
|
minRPC |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
∞ |
|
RPC |
1 |
1 |
2 |
0 |
0 |
1 |
∞ |
|
minB |
B5 |
B5 | |||||
|
minP |
P1 |
P2 |
Выводы
При помощи алгоритма покрывающего дерева для заданной в техническом задании сети были определены корневые мосты и корневые порты. Также были решены поставленные задачи в случае сбоев сети.
В коммутируемых локальных сетях проблема обеспечения надежности сети имеет свою специфику: базовый протокол прозрачного моста корректно работает только в сети с древовидной топологией, в которой между любыми двумя узлами сети существует единственный маршрут. Тем не менее очевидно, что для надежной работы сети необходимо наличие альтернативных маршрутов между узлами, которые можно использовать при отказе основного маршрута. Наиболее простым решением этой проблемы является построение сети с альтернативными маршрутами, ручное нахождение связной древовидной топологии и ручное блокирование (то есть перевод в административное состояние «отключен») всех портов, которые не входят в найденную топологию. В случае отказа сети этот процесс должен повторяться, опять же в ручном режиме. Понятно, что надежность сети в этом случае оказывается не очень высокой, так как время пребывания ее в неработоспособном состоянии будет исчисляться минутами: сначала нужно обнаружить отказ и локализовать его (то есть не только зафиксировать факт, что в сети что-то перестало работать, но и понять, какая именно связь пострадала и требует обхода), затем найти новый работоспособный вариант топологи сети (если он, конечно, существует), а потом его сконфигурировать.
Для автоматического выполнения перечисленных действий, то есть нахождения и конфигурирования активной древовидной топологии, мониторинга состояния ее связей и перехода к новой древовидной топологии при обнаружении отказа связи в коммутируемых локальных сетях используются алгоритм покрывающего дерева (Spanning Tree Algorithm, STA) и реализующий его протокол покрывающего дерева (Spanning Tree Protocol, STP).
Алгоритм покрывающего дерева, разработанный достаточно давно, в 1983 году, был признан IEEE удачным решением и включен в ту же спецификацию 802.1D, в котороиописывается и сам алгоритм прозрачного моста. Сегодня протокол STP широко применяется в наиболее массовых устройствах современных локальных сетей - коммутаторах. Протокол STP обновлялся несколько раз, последняя его редакция описана в документе 802.1D-2004; новая версия протокола получила название RSTP (Rapid STP, то есть быстрый протокол покрывающего дерева), так как предыдущие версии STP недостаточно быстро находили новую древовидную топологию - на это могло уйти до 50 секунд. Новая версия протокола покрывающего дерева - RSTP - работает значительно быстрее, затрачивая на поиск новой топологи несколько секунд.
2. Этапы построения покрывающего дерева.
Алгоритм покрывающего дерева (Spanning Tree Algorithm, STA) описан в стандарте IEEE 802.1D и позволяет ликвидировать петли в сети (если в сети есть кольцевые маршруты, это может привести к неправильной работе мостов и коммутаторов). Алгоритм STA из всех связей, имеющихся в сети, выбирает подмножество, образующее дерево, покрывающее все узлы сети. Алгоритм STA состоит из четырех этапов.
В сети выбирается корневой коммутатор (root switch), который будет считаться корнем дерева. Выбор происходит либо автоматически (корневым становится коммутатор с наименьшим значением MAC-адреса блока управления), либо выполняется администратором.
Для каждого коммутатора определяется корневой порт (root port) – порт, через который проходит самый короткий путь до корневого коммутатора.
Для каждого сегмента сети выбирается назначенный порт (designated port) – порт, через который проходит кратчайший путь от данного сегмента до корневого коммутатора.
Все порты, не вошедшие в корневые и назначенные, блокируются.
При определении кратчайших расстояний рассчитывается суммарное время (в 10-наносекундных единицах) передачи одного бита данных от выбранного порта до корневого коммутатора (учитывается только времена передач по связям между коммутаторами). Например, для Ethernet-сегмента время передачи равно 10, а для Fast Ethernet – 1.
Все коммутаторы периодически обмениваются служебными пакетами – протокольными блоками данных моста (Bridge Protocol Data Unit, BPDU), содержащими идентификатор корневого коммутатора, расстояние до корня, идентификатор коммутатора, выдавшего этот пакет, идентификатор порта, на который был выдан пакет и еще несколько служебных полей. После включения каждый коммутатор считает себя корневым (если иное не задано администратором) и выдает пакеты BPDU со своим идентификатором в поле “идентификатор корневого коммутатора” и расстоянием до корня, равным 0, через все свои порты. Если коммутатор получает BPDU, в котором идентификатор корневого коммутатора меньше его собственного идентификатора, он перестает генерировать свои пакеты, а ретранслирует приходящие пакеты нового корневого коммутатора, увеличивая в них поле “расстояние до корня” на условное время сегмента, по которому пришел этот пакет. При этом коммутатор запоминает для каждого порта минимальное расстояние до корня (из всех пришедших на этот порт пакетов BPDU).
Через заданное время процесс конфигурации заканчивается и корневым портом коммутатор считает тот свой порт, у которого расстояние до корня оказалось минимальным (если таких портов несколько, выбирается порт с наименьшим идентификатором). Затем, он делает назначенными все порты, принятые по которым минимальные расстояния до корня больше, чем расстояние до корня корневого порта. Наконец, все порты, кроме корневого и назначенных, переводятся в заблокированное состояние. В процессе дальнейшей работы корневой коммутатор продолжает генерировать пакеты BPDU, а остальные коммутаторы продолжают их ретранслировать. Если за установленное время тайм-аута корневой порт какого-либо коммутатора не получает BPDU, он инициирует новую процедуру построения
В локальных сетях где реализована функция только первого и второго уровня модели ISO/OSI, проблема реализации альтернативных путей имеет свой характер. Стандартные протоколы могут использовать только древовидные топологии, то есть не содержащие замкнутых контуров.
Алгоритм STA описывает сеть в виде графа, вершинами которого есть сегменты сети и коммутаторы. Это показано на рис.1. Сегмент — часть сети которая не содержит коммутаторов. Сегмент может включать концентраторы/повторители. Алгоритм реализует построение древовидной топологии каналов с единым путем минимальной длины от каждого сегмента и от каждого коммутатора до корневого коммутатора — корня дерева. Единый путь гарантирует отсутствие петель. Метрика — величина расстояния обратно пропорциональная пропускной способности сегмента. Идентификатор коммутатора — эьл 8-байтовое число, где MAC-адрес составляет шесть младших байтов,а два старших остается для администратора который вручную ставит корневой коммутатор для алгоритма. Корневой порт — порт, который использует самый минимальный путь к корневому коммутатору.BPDU — специальные пакеты, которыми обмениваются коммутаторы для определения минимальной метрики.
Рисунок 1
Три этапа построения дерева
На рис.2 показан пример сети, на котором будет проведет алгоритм покрывающего дерева. Алгоритм STA анализирует активную конфигурацию сети в 3 этапа.
Рисунок 2
Первый этап — определяем корневой коммутатор, где начнется дерево. Обычно если администратор не участвует в процессе, выбирается устройство с минимальным MAC-адресом блока управления. Лучше чтобы администратор принимал участие в процессе, и назначал корневой коммутатор исходя из логики и адекватности выбора. На рисунку корневым коммутатором есть №1.
Второй этап — Выбираем корневой порт для каждого коммутатора. Метрика определяется по пакетам BPDU. На рисунку видно, что коммутатор №2 принимает из сегмента 1 пакет BPDU с метрикой — 0, и увеличивает его на 10 у.е.. Ретранслируя эти пакеты, каждый коммутатор запоминает минимальное число к корню. При равных метриках проверяется идентификаторы портов и коммутаторов. На рисунку видно, что коммутатор №3 выбирает порт №1 в качестве корневого, так как метрика к корню — 10.
Третий этап — выбор назначенных коммутатора и порта. Для каждого сегмента сети выбирается назначенный порт и соответственный порт коммутатора сегмента. остальные порты кроме назначенных и корневых блокируются (на рис. они перечеркнуты). Математически доведено, что при таком алгоритме в сети исключаются петли, и образуется покрывающее дерево. После коммутатор строит таблицу продвижения.
В процессе обычной работы корневой коммутатор генерирует пакеты BPDU с определенным интервалом, а назначенные порты ретранслируют эти пакеты.
Достоинства и недостатки STA
Один из основных плюсов данного алгоритма, это то решение о реконфигруции происходит не только с учетом момедних связей, но и связей в отдаленных сегментах сети. К недостаткам можно отнести, что если в сети используется много коммутаторов, то время определения новой активности может быть слишком большим.
