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STP

STPはネットワークのループを検出し、ポートの一つを論理的にダウン状態にすることでループを解消するプロトコルです。現在はネットワークを冗長化する手段として使われることが多いです。

STPの概要

STPは以下のようにして論理的にダウン状態にするポートを決定します。

1. ルートブリッジの決定：優先度（ブリッジID）にもとづいてルートとなるブリッジを選出します。
2. ルートポート（RP）の選出：ルートブリッジ以外のスイッチで、ルートブリッジに最も近いポートを選出します。
3. 指定ポート（DP）の選出：すべてのリンクについて、ルートブリッジに近いポートを選出します。
4. 非指定ポート（NDP）が決定：RPとDPのどちらにも指定されていないポートをダウン状態にします。

STPの歴史は古く

STPの詳細

4つのスイッチでループさせた場合を例に、STPの動作を見ていきます。

ルートブリッジの決定

STPが有効なスイッチ間でブリッジIDをやりとりし、ブリッジIDが一番小さいスイッチがルートブリッジになります。やりとりはBPDUというフレームにより行われます。

1. 最初は各スイッチが自身がルートブリッジと思っています。
2. 各スイッチは自身をルートとするBPDUを送信します。
   
   
   
   
   
3. 各スイッチは他のスイッチからのBPDUを受信します。
   
   
   • ここで自身がルートブリッジでないことに気が付きます。
     
     
4. これを繰り返すことでルートブリッジが決定されます。
   
   

ブリッジID

ブリッジIDはブリッジプライオリティとスイッチMACアドレスにより決まります。プライオリティのデフォルトは0x8000（32768）です。

ブリッジID
ブリッジプライオリティ 2バイト	スイッチMACアドレス 6バイト

プライオリティがどのスイッチにも設定されていない場合、スイッチMACアドレスによってルートブリッジが決定されます。たまたま一番小さいMACアドレスを持っていたスイッチがルートブリッジになります。

本ページではスイッチMACアドレスを省略してプライオリティのみ表記しています。

BPDU

BPDUのフォーマットは以下のとおりです。

フィールド名	サイズ（バイト）	説明
プロトコルID	2	常に0
バージョン	1	STPのバージョン。802.1Dは0
タイプ	1	0x00…コンフィギュレーションBPDU 0x80…TCN BPDU
フラグ	1	0ビット目が1…トポロジ変更 7ビット目が1…トポロジ変更の確認
ルートブリッジID	8	ルートとなるスイッチのブリッジID
パスコスト	4	ルートブリッジまでのパスコスト
送信元ブリッジID	8	BPDUを送信したブリッジID
送信元ポートID	2	BPDUを送信したポートのID
メッセージエージタイマー	2	ルートブリッジからスイッチまでのホップ数
マックスエージ	2	ルートブリッジがダウンしたと判断するまでの時間
ハロータイム	2	BPDUの送信間隔
フォワードディレイ	2	リスニング、ラーニングする時間

ルートポートの選出

ルートブリッジが決定したら、ルートポートを選出します。ルートポートはルートブリッジに最も近いポートです。

• ループがない場合
  • BPDUを受信するポートは1つのみです。
  • 受信したポートがルートポートになります。
• ループがある場合
  • 複数のポートからBPDUを受信します。
  • 以下の基準に従いルートポートを決定します。
    1. パスコストの値が一番小さい
    • • 「ルートまでのパスコスト」＝「受信したパスコスト」＋「BPDUを受信したインタフェースの帯域から求められるパスコスト」
    1. 送信元ブリッジIDの値が小さい
    2. 送信元ポートIDの値が小さい

下の図の場合、A-B-Dのパスコストは10+100=110になります。A-C-Dのパスコストは10+10=20になります。

パスコスト

パスコストは帯域幅によって決まります。

帯域幅	パスコスト	旧パスコスト
10Mbps	100	100
100Mbps	19	10
1Gbps	4	1
10Gbps	2	1

旧パスコストは1Gbpsと10Gbpsが同じになってしまっているため、新たに定義されました。

指定ポートの選出