Principes de STP/RSTP

Cette section décrit les principes de STP / RSTP.

• Contexte
  
• Concepts de base
  
• Format BPDU
  
• Calcul de topologie STP
  
• Evolution de STP à RSTP
  
• Détails sur RSTP
  

Contexte

Le protocole STP est utilisé pour empêcher les boucles dans le réseau local. Les dispositifs de commutation exécutant STP découvrent les boucles sur le réseau en échangeant des informations entre eux et bloquent certaines interfaces pour couper les boucles. Parallèlement à la croissance de l’échelle du réseau local, le protocole STP est devenu un protocole important pour le réseau local.

Figure 7-27 Diagramme de mise en réseau pour un réseau local typique

Sur le réseau illustré à la figure 7-27, les situations suivantes peuvent se produire:

• Les tempêtes de diffusion rendent le réseau indisponible.

  Les boucles entraînent des tempêtes de diffusion qui entraînent une panne du réseau. Tempêtes de diffusion Dans la Figure 7-27, supposons que le protocole STP n'est pas activé sur les périphériques de commutation. Si l'hôte A diffuse une demande, celle-ci est reçue par le port 1 et transmise par le port 2 sur S1 et S2. Ensuite, toujours sur S1 et S2, le port 2 reçoit la demande diffusée par l'autre et le port 1 transmet la demande. À mesure que cette transmission se répète, les ressources de l’ensemble du réseau sont épuisées, ce qui empêche le réseau de fonctionner.

• Le battement des tables d'adresses MAC endommage les entrées d'adresse MAC.

  Même la mise à jour des entrées d'adresse MAC lors de la réception de paquets unicast endommage la table d'adresses MAC.

  Supposons qu’aucune tempête de diffusion ne se produise sur le réseau. L'hôte A diffuse un paquet vers l'hôte B si l'hôte B est temporairement supprimé du réseau, les entrées d'adresse MAC de l'hôte B sur S1 et S2 sont supprimées. Le paquet monodiffusion de l'hôte A à l'hôte B est reçu par le port 1 sur S1. S1, cependant, n'a pas d'entrées d'adresse MAC associées. Par conséquent, le paquet de monodiffusion est transmis au port 2. Ensuite, le port 2 sur S2 reçoit le paquet de monodiffusion du port 2 sur S1 et l’envoie via le port 1. Ainsi, la transmission se répète, les ports 1 et 2 sur S1 et S2 reçoivent en permanence Paquets de monodiffusion de l'hôte A. Par conséquent, S1 et S2 modifient les entrées d'adresse MAC de façon continue, ce qui provoque le flap de la table d'adresses MAC. En conséquence, les entrées d'adresse MAC sont endommagées.

Concepts de base

Un pont racine

Une topologie d'arbre doit avoir une racine. Par conséquent, le pont racine est introduit par STP.

Il n'y a qu'un seul pont racine sur l'ensemble du réseau compatible STP. Le pont racine est le centre logique mais n'est pas nécessairement le centre physique de tout le réseau. Le pont racine change de manière dynamique avec la topologie du réseau.

Une fois le réseau convergé, le pont racine génère et envoie des BPDU de configuration à des intervalles spécifiques. D'autres périphériques traitent les unités BPDU de configuration afin que les unités BPDU de configuration soient publiées sur l'ensemble du réseau, garantissant ainsi la stabilité du réseau.

Deux types de mesures

Le Spanning Tree est calculé en fonction de deux types de mesures: ID et coût du trajet.

• ID

  Les ID sont classés en ID de pont (BID) et ID de port (PID).

  • OFFRE

    IEEE 802.1D définit qu'un BID est composé d'une priorité de pont de 16 bits et d'une adresse MAC de pont. La priorité du pont occupe les 16 bits les plus à gauche et l'adresse MAC, les 48 bits les plus à droite.

    Sur un réseau compatible STP, le périphérique avec le plus petit BID est sélectionné pour être le pont racine.

  • PID

    Le PID est composé d'une priorité de port 4 bits et d'un numéro de port 12 bits. La priorité de port occupe les 4 bits les plus à gauche et le numéro de port, les 12 bits les plus à droite.

    Le PID est utilisé pour sélectionner le port désigné.

     REMARQUE:

    La priorité de port affecte le rôle d'un port dans une instance de spanning tree spécifiée. Pour plus de détails, voir Calcul de topologie STP.

• Coût du trajet

  Le coût du chemin est une variable de port et est utilisé pour sélectionner un lien. Le protocole STP calcule le coût du chemin pour sélectionner un lien solide et bloque les liens redondants afin de découper le réseau en une topologie en arborescence sans boucle.

  Sur un réseau compatible STP, le coût cumulé du chemin d'un port donné au pont racine correspond à la somme des coûts de tous les chemins de segment dans lesquels le chemin est séparé par les ports des ponts de transit. Cette valeur est également appelée coût du chemin racine.

Trois éléments

Généralement, trois éléments sont utilisés lorsqu'une topologie en anneau doit être découpée en une topologie en arborescence: pont racine, port racine et port désigné. La figure 7-28 montre les trois éléments.

Figure 7-28 Architecture de réseau STP

• Pont de racine

  Le pont racine est le pont avec la plus petite offre. Le plus petit BID est découvert en échangeant des BPDU de configuration.

• Port racine

  Le port racine est le port avec le plus petit chemin racine vers le pont racine et est responsable de la transmission des données au pont racine. Le port racine est déterminé en fonction du coût du chemin. Parmi tous les ports compatibles STP sur un pont réseau, le port avec le coût de chemin racine le plus petit est le port racine. Il n'y a qu'un seul port racine sur un périphérique compatible STP, mais il n'y a pas de port racine sur le pont racine.

• Port désigné

  Pour une description du pont désigné et du port désigné, voir le tableau 7-17.

  Tableau 7-17 Description du pont désigné et du port désigné

  Objet	Pont désigné	Port désigné
  Dispositif	Périphérique qui transfère les BPDU de configuration à un périphérique directement connecté	Port de pont désigné qui transfère les BPDU de configuration vers un périphérique
  LAN	Périphérique qui transfère les BPDU de configuration vers un segment de réseau	Port de pont désigné qui transfère les BPDU de configuration vers un segment de réseau.

  Comme le montre la figure 7-29, AP1 et AP2 résident sur S1; BP1 et BP2 résident sur S2; CP1 et CP2 résident sur S3.

  • S1 envoie des BPDU de configuration à S2 via AP1. S1 est le pont désigné de S2 et AP1 sur S1 est le port désigné.

  • Deux périphériques, S2 et S3, sont connectés au réseau local. Si S2 est responsable du transfert des BPDU de configuration vers le réseau local, S2 est le pont désigné du réseau local et BP2 sur S2 est le port désigné.

  Figure 7-29 Schéma de réseau du pont désigné et du port désigné
  
  

Une fois le pont racine, le port racine et le port désigné sélectionnés avec succès, la topologie complète de l’arborescence est configurée. Lorsque la topologie est stable, seuls le port racine et le port désigné transfèrent le trafic. Tous les autres ports sont à l'état Blocage et ne reçoivent que les paquets de protocole STP au lieu de transférer le trafic utilisateur.

Quatre principes de comparaison

STP repose sur quatre principes de comparaison qui forment un vecteur de priorité BPDU {BID racine, coût total du chemin racine, BID de l'expéditeur, ID du port}.

Le tableau 7-18 montre les informations de port qui sont acheminées dans les BPDU de configuration.

Tableau 7-18 Quatre champs importants

Une fois qu'un périphérique du réseau compatible STP a reçu des BPDU de configuration, il compare les champs indiqués dans le tableau 7-18 avec ceux des BPDU de configuration sur lui-même. Les quatre principes de comparaison sont les suivants:

 REMARQUE:

Lors du calcul du STP, plus la valeur est petite, plus la priorité est élevée.

• Le plus petit BID: utilisé pour sélectionner le pont racine. Les périphériques exécutant STP sélectionnent le plus petit BID en tant que BID racine, comme indiqué dans le tableau 7-18.
• Coût du chemin racine le plus petit: utilisé pour sélectionner le port racine sur un pont non-racine. Sur le pont racine, le coût du chemin de chaque port est égal à 0.
• BID de l'expéditeur le plus petit: utilisé pour sélectionner le port racine lorsqu'un périphérique exécutant STP sélectionne le port racine entre deux ports ayant le même coût de chemin. Le port avec un BID plus petit est sélectionné comme port racine dans le calcul STP. Supposons que le BID de S2 soit inférieur à celui de S3 dans la Figure 7-28. Si les coûts de chemin dans les BPDU reçus par le port A et le port B sur S4 sont identiques, le port B devient le port racine.
• Le plus petit PID: utilisé pour bloquer le port avec un plus grand PID mais pas le port avec un plus petit PID lorsque les ports ont le même coût de chemin. Les PID sont comparés dans le scénario illustré à la figure 7-30. Le PID du port A sur S1 est plus petit que celui du port B. Dans les BPDU reçues sur les ports A et B, les coûts de chemin et les BID des périphériques émetteurs sont identiques. Par conséquent, le port B avec un plus grand PID est bloqué pour couper les boucles. Figure 7-30 Topologie à laquelle la comparaison PID est appliquée
  
  

Cinq états de port

Le tableau 7-19 indique l'état du port d'un périphérique compatible STP.

Tableau 7-19 États du port STP

La figure 7-31 montre le processus de transition d'état d'un port.

Figure 7-31 Transition d'état STP d'un port

Un périphérique de datacom Huawei utilise MSTP par défaut. Une fois qu'un périphérique passe du mode MSTP au mode STP, son port compatible STP prend en charge les mêmes états de port que ceux pris en charge par un port compatible MSTP, y compris les états de transfert, d'apprentissage et d'abandon. Pour plus de détails, voir le tableau 7-20.

Tableau 7-20 Statut du port MSTP

Les paramètres suivants affectent les états de port et la convergence compatibles STP.

• Bonjour le temps

  Le minuteur Hello spécifie l'intervalle auquel un périphérique compatible STP envoie des BPDU de configuration et des paquets Hello pour détecter les défaillances de liaison.

  Lorsque la topologie du réseau devient stable, la modification apportée à l'intervalle ne prend effet qu'après la prise en charge d'un nouveau pont racine. Le nouveau pont racine ajoute certains champs dans les BPDU pour informer les ponts non racine du changement intervenu dans l'intervalle. Après modification de la topologie, les BPDU TCN seront envoyées. Cet intervalle est sans incidence sur la transmission des BPDU de TCN.

• Délai avant

  Le temporisateur de délai avant spécifie le délai pour la transition d'état de l'interface. Lorsqu'un défaut de liaison se produit, un nouveau calcul STP est effectué, ce qui entraîne une modification de la structure de l'arbre recouvrant. Les BPDU de configuration générées lors du recalcul STP ne peuvent pas être immédiatement transmises sur l'ensemble du réseau. Si le port racine et le port désigné transfèrent les données immédiatement après avoir été sélectionnés, des boucles transitoires peuvent se produire. Par conséquent, un mécanisme de transition de statut d'interface est introduit par STP. Le port racine et le port désigné nouvellement sélectionnés ne transmettent pas de données tant qu'un délai égal à deux fois le délai de transfert n'est pas écoulé. De cette manière, les BPDU nouvellement générées peuvent être transmises sur le réseau avant le port racine nouvellement sélectionné et les données de transfert de port désignées, ce qui évite les boucles transitoires.

   REMARQUE:

  Le temporisateur de délai avant spécifie la durée d'un port passé dans les états Listening et Learning. La valeur par défaut est 15 secondes. Cela signifie que le port reste à l'état d'écoute pendant 15 secondes, puis à l'état d'apprentissage pendant 15 secondes supplémentaires. Le port dans l'état Listening ou Learning est bloqué, ce qui est essentiel pour éviter les boucles transitoires.

• Max Age

  La limite d'âge maximale spécifie la durée de vieillissement des BPDU. La durée maximale peut être configurée manuellement sur le pont racine.

  Les BPDU de configuration sont transmises sur l’ensemble du réseau, garantissant ainsi une valeur Max Age unique. Après qu'un pont non-root exécutant STP ait reçu une unité BPDU de configuration, le pont non-racine compare la valeur Age du message à la valeur Max Age de l'unité BPDU de configuration reçue.
  • Si la valeur de l'âge du message est inférieure ou égale à la valeur de l'âge maximal, le pont non root transfère l'unité BPDU de configuration.
  • Si la valeur Age du message est supérieure à la valeur Max Age, le BPDU de configuration vieillit et le pont non root le supprime directement. Dans ce cas, la taille du réseau est considérée comme trop grande et le pont non racine se déconnecte du pont racine.
   REMARQUE:

  Si la BPDU de configuration est envoyée à partir du pont racine, la valeur de Message Age est 0. Sinon, la valeur de Message Age indique la durée totale pendant laquelle une BPDU est envoyée du pont racine au pont local, y compris le délai de transmission. Dans des situations réelles, chaque fois qu'une unité BPD de configuration passe par un pont, la valeur de Message Age augmente de 1.

Le tableau 7-21 indique les valeurs de temporisation définies dans IEEE 802.1D.

Tableau 7-21 Valeurs des paramètres STP (en centisecondes)