Spanning Tree Protocol bygger på Spanning Tree Algorithm (STA), vars första uppgift är att välja en enda central switch i nätverket, kallad rotbryggan (Root Bridge). Denna switch fungerar som referenspunkt för hela Layer-2-topologin. Alla andra switchar i nätverket beräknar sin bästa väg till denna rotbrygga.
Valet av rotbrygga är avgörande eftersom alla STP-beräkningar utgår från denna switch. Placeringen av rotbryggan påverkar därför hur trafiken kommer att flöda genom nätverket.
Hur rotbryggan väljs
När STP startar antar varje switch initialt att den själv är rotbryggan. Därför börjar alla switchar att skicka ut meddelanden till sina grannar. Dessa meddelanden kallas BPDU (Bridge Protocol Data Unit). BPDU används av switcharna för att:
- utbyta information om nätverkets topologi
- identifiera rotbryggan
- beräkna bästa vägar till rotbryggan
- bestämma portroller
Varje BPDU innehåller bland annat:
- Bridge ID (BID) – identifierar den switch som skickade BPDU
- Root ID – identifierar den switch som för närvarande anses vara rotbrygga
- Root Path Cost – kostnaden till rotbryggan
När switcharna tar emot BPDU jämför de dessa värden. Den switch som har lägst Bridge ID blir den slutliga Root Bridge. När valet är klart kommer alla switchar i nätverket att vara överens om vilken switch som är rotbryggan.
Bridge ID (BID)
Bridge ID används för att identifiera varje switch i STP-topologin och består av tre delar:
- Bridge Priority – Administrativt värde som påverkar root-valet
- Extended System ID – VLAN ID
- MAC-address – Switchens unika identifierare
Den switch som har lägst Bridge ID väljs till rotbrygga. Till exempel i följande scenario finns tre switchar i samma VLAN. S1 är vald som rotbryggan eftersom den har lägsta BID
Bridge ID beräknas som: Bridge Priority + VLAN ID
| Device | Priority | VLAN ID | MAC-address | BID |
|---|---|---|---|---|
| S1 | 24 576 | 1 | 000A00333333 | 24 577 |
| S2 | 32 768 | 1 | 000A00111111 | 32 769 |
| S3 | 32 768 | 1 | 000A00222222 | 32 769 |
Eftersom 24577 är lägre än 32769 blir S1 vald till rotbrygga.
Inverkan av standard-BID
Standardvärdet för Bridge Priority på Cisco-switchar är 32768. När VLAN 1 används läggs VLAN-ID till i prioritetsfältet (32768 + 1 = 32769).
Om flera switchar har samma värde används MAC-adressen som tie-breaker, och den switch som har lägst MAC-adress (lägst hexadecimalt värde) väljs som rotbrygga.
| Device | Priority | VLAN ID | MAC-address | BID |
|---|---|---|---|---|
| S1 | 32 768 | 1 | 000A00333333 | 24 577 |
| S2 | 32 768 | 1 | 000A00111111 | 32 769 |
| S3 | 32 768 | 1 | 000A00222222 | 32 769 |
Eftersom prioriteten är densamma avgör MAC-adressen valet. Här är den lägsta MAC-adressen: 000A00111111 och därför blir S2 rotbrygga.
Viktigt i praktiska nätverk
I verkliga nätverk bör rotbryggan inte väljas slumpmässigt baserat på MAC-adresser. Istället konfigurerar administratören vanligtvis vilken switch som ska vara rotbrygga genom att sänka dess bridge priority.
Exempel:
Switch(config)# spanning-tree vlan 1 priority 24576
Eller mer automatiskt:
Switch(config)# spanning-tree vlan 1 root primary
Detta säkerställer att den mest centrala eller kraftfulla switchen i nätverket blir rotbrygga.
Bästa vägen till rotbryggan
När rotbryggan har valts börjar STA beräkna den bästa vägen från varje switch till rotbryggan. Denna beräkning baseras på ett värde som kallas: Root Path Cost
Root Path Cost är summan av alla portkostnader längs vägen till rotbryggan. När en switch tar emot en BPDU gör den följande:
- Läser kostnaden i BPDU
- Lägger till kostnaden för den port där BPDU togs emot
- Uppdaterar sin egen Root Path Cost
Den port som ger lägst total kostnad till rotbryggan blir switchens Root Port.
Standardkostnader för portar
Portkostnaden baseras på länkens hastighet.
| Link Speed | STP Cost: IEE 802.1D-1998 |
RSTP Cost: IEEE 802.1w-2004 |
|---|---|---|
| 10 Gbps | 2 | 2 000 |
| 1 Gbps | 4 | 20 000 |
| 100 Mbps | 19 | 200 000 |
| 10 Mbps | 100 | 2 000 000 |
Dessa värden definieras i IEEE 802.1D och används som standard i många switchar. För mycket snabba länkar (10 Gbps och snabbare) rekommenderar IEEE att använda long path cost, definierad i IEEE 802.1w.
Observera: RSTP diskuteras mer ingående senare i den här modulen
Konfigurerbara portkostnader
Även om portkostnader beräknas automatiskt kan administratören manuellt ändra kostnaden för att påverka hur STP väljer vägar i nätverket.
Detta gör det möjligt att:
- styra vilken länk som ska vara primär
- använda redundanta länkar mer effektivt
- optimera trafiken i nätverkets topologi
Exempel:
Switch(config-if)# spanning-tree cost 10
Sammanfattning
Spanning Tree Algorithm (STA) väljer en switch som rotbrygga (Root Bridge) och använder den som referenspunkt för hela den loopfria topologin. Valet baseras på lägsta Bridge ID (BID), som består av Bridge Priority, VLAN-ID (Extended System ID) och MAC-adress. Om flera switchar har samma prioritet avgörs valet av lägsta MAC-adress, vilket gör att den switchen blir rotbrygga.