スパニングツリーの概要 ~基礎編①~

ベル

今回の授業はスパニングツリー(Spanning Tree)の基礎について教えます。そもそもスパニングツリー(以下、STP)とはなんなのか?と言うと、『ループ構成をツリー構成にするための機能』となります。早速、わけわからない感じですが、ちゃんと解説していくのでご安心をー。

 

ループ構成とは

ループ構成とは、以下のような構成をいいます。

 

 

このような構成にする意味としては、1つの機器やケーブルが故障した際に、通信不可とならないようにするためです。例えば、スイッチの2号機が壊れた場合に、速やかにスイッチ3号機経由で通信が出来るようになります。

 

フレーム転送の仕組み

それでは、どのようにしてパソコンAからパソコンBへフレームが転送されていくのかでしょうか?

※フレームとは、スイッチが扱うデータの単位となります。

 

 

パソコンにはMACアドレスと言う一意の番号が振られています。その番号がパケットの送信と共に隣接のスイッチ#1に伝達されます。

 

例えば今回の場合で言うと、パソコンAからパソコンBにフレームを送信すると、パソコンAは宛先MACアドレス(相手)と送信元MACアドレス(自分)を指定して送ります。受け取ったスイッチ#1は、送信元MACアドレスを自分のMACアドレステーブルというMACアドレスを集めたリストに登録します。

 

 

その後に、宛先MACアドレスをMACアドレステーブルを参照して、登録されていれば紐付けされているポートから転送されます。登録されていない場合は、指定されたポートと同じVLANで登録されている受信したポートを除く全てのポートから送信されます。(これをブロードキャストといいます。)

 

ブロードキャストを受け取ったスイッチは、宛先MACアドレスが自分のMACアドレステーブルに載っていれば、紐付けされたポートに転送し、載っていなければ同様にブロードキャストを実行します。

 

 

同様にして、ブロードキャストを受け取ったパソコンは、宛先MACアドレスが自分であれば、受け取り処理をして、自分のMACアドレスでなければ、破棄します。

 

 

STPの概要

まずSTPとは、先にも述べた通り『ループ構成をツリー構成にするための機能』となります。

 

ループ構成にすることで、機器故障時に別の代替ルートに切り替えることが出来るメリットがあるが、デメリットもあるのです。それがブロードキャストストームとなります。

 

ブロードキャストストーム

フレームの転送時に説明させていただきましたが、知らないMACアドレス宛のフレームは、ブロードキャストを繰り返す事でフレームを宛先のパソコンまで転送可能とするのですが、問題があります。それはループ構成だからこその問題です。

 

 

例えば、スイッチ#1が送ったブロードキャストをスイッチ#2、#3で受け取り、MACアドレステーブルに載っていないため、スイッチDにブロードキャストします。

 

 

その場合、スイッチ#4にもなければ同様にスイッチ#2からもらったブロードキャストをスイッチ#3に転送してしまうし、スイッチ#3からもらったブロードキャストはスイッチ#2に転送してしまうような事態が発生してしまうのです。

 

これにより、いつまでもブロードキャストが繰り返されることとなるのです。これをブロードキャストストームといいます。

 

ブロードキャストストームの対策

このブロードキャストストームの対策として開発されたのが、STPとなります。

ループ構成から一部のリンクをダウンさせることでツリー構造を構築します。以下のような構成に変化させます。

 

 

スイッチ#3、#4間で切り離されていることがわかるでしょうか?もちろんケーブルを抜いているのではなく、4台のスイッチ同士で相談してどのケーブルを使わないようにするのかを決めて、『Blocking Port』と言う使わないステータスにしているのです。

 

その決め方は、4台のスイッチの中からリーダーを決めます!そのリーダーから一番遠いポートを使わないポートとするのです。その『一番遠い』というのは、距離的な話だけではなく、使用するポートの速度(100Mbpsや1Gbpsなど)によって決定されます。もちろん設計者が意図的に変更することも可能となります。

 

このような仕組みでブロードキャストストームが発生しないようにしているのです。
※詳細の仕組みについては次回以降に解説していきます。

 

故障時の経路切り替え

スイッチ#2が故障したことをスイッチ#1やスイッチ#4が検知すると、スイッチの#3、#4間のケーブルをアクティブにすることで新しい経路を作り出すのです。

 

 

 

これは機器故障だけではなく、LANケーブル故障も同様となります。LANケーブルが断線すると接続しているスイッチがケーブル断を検知して、他に新しい経路がないかを探し出し、通信を復旧させるのです。このような機能をスパニングツリー(STP)と言うのです。

 

まとめ

ベル

今回スパニングツリーの基礎について教えてきました。次回以降には、どのようにしてリーダーを決めるのか?どのようにして故障を検知するのか?など詳細を解説していきます。

 

次のスパニングツリーの概要 〜基礎編②(STP)~に進みましょう!

 

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