Spanning Tree Protocol
در شبکه های با توپولوژی ستاره (Star) و یا ترکیب Bus و وStar یکی از عناصر اصلی شبکه که می تواند باعث از کار افتادن شبکه گردد ، هاب و یا سوئیچ است . فرض کنید شبکه ای با ساختار زیر را داشته باشیمدر مثال فوق ، در صورتیکه سوئیچ A و یا C با مشکل مواجه گردند، تمام گره های متصل به هر یک از سوئیچ های فوق نیز تحت تاثیر اشکال فوق قرار خواهند گرفت . گره های متصل به سوئیچ دیگر (B) کماکن قادر به ارائه خدمات خود خواهد بود. در صورتیکه سوئیچ C با اشکال مواجه گردد ، تمام شبکه از کار خواهد افتاد . در صورت اضافه کردن سگمنت دیگر برای ارتباط سوئیچ A و C چه اتفاقی خواهد افتاد .در حالت فوق ، در صورتیکه یکی از سوئیچ ها با اشکال مواجه گردد ، شبکه کماکن قادر به ارائه خدمات خود خواهد بود. با افزدون سگمنت فوق ، شبکه از حالت وابستگی به یک نقطه خارج و یک نوع " فراوانی " ایجاد شده است .با حل مشکل وابستگی عملیاتی شبکه به یک نقطه ، مشکل دیگری بوجود می آید. همانگونه که قبلا" اشاره گردید ، سوئیچ ها بصورت هوشمندانه ازآدرس و محل هر یک از گره های موجود در شبکه آگاه می گردند. با توجه به شرایط ایجاد شده ، تمام سوئیج ها در یک Loop به یکدیگر متصل می گردند. در چنین حالتی یک بسته اطلاعاتی ارسال شده توسط یک گره ، ممکن است توسط سوئیچی از سگمنت دیگر آمده باشد.
مثلا" فرض نمائید که گره B به سوئیچ A متصل و قصد ارسال اطلاعات برای گره B موجود در سگمنت B را داشته باشد . سوئیچ A شناختی نسبت به گره A ندارد ، بنابراین بسته اطلاعاتی را برای سایر گره های موجود در سگمنت های دیگر ارسال خواهد کرد. بسته اطلاعاتی مورد نظر از طریق سگمنت های A و یا C برای سایر سوئیچ ها (B و یا C) حرکت خواهد کرد. سوئیچ B ، گره B را به جدول Lookup خود اضافه می نماید. ( برای سگمنت A) . سوئیچ C آدرس گره B را بمنظور پشتیبانی سگمنت C در جدول Lookup خود ذخیره خواهد کرد. با توجه به اینکه هیچکدام از سوئیچ ها تاکنون شناختی نسبت به آدرس گره A بدست نیاورده اند ، سگمنت B برای پیدا کردن گره A مورد بررسی قرار خواهد گرفت . هر سوئیج بسته اطلاعاتی ارسال شده را دریافت و مجددا" آن را برای سایر سگمنت ها ارسال خواهد کرد. ( چون هیچکدام هنوز دانشی نسبت به محل گره A را کسب نکرده اند) سوئیج A بسته اطلاعاتی ارسالی توسط هر یک از سوئیچ ها را دریافت و مجددا" آن را برای سایر سگمنت ها ارسال می نماید. در جنین شرایطی یک نوع " آشفتگی انتشار " ایجاد شده است . شرایط فوق باعث ایجاد مشکل ترافیکی در شبکه خواهد شد. به منظور حل مشکل فوق از تکنولوژی با نام Spanning trees استفاده می شود.Spanning treeبمنظوری پیشگیری از مسئله " آشفتگی انتشار" و سایر اثرات جانبی در رابطه با Looping شرکت DEC پروتکلی با نام STP)Spanning-tree Protocol) را ایجاد نموده است . پروتکل فوق با مشخصه ۸۰۲٫۱d توسط موسسه IEEE استاندارد شده است . Spanning tree از الگوریتم STA(Spanning-tree algoritm) استفاده می نماید. الگوریتم فوق بررسی خواهد کرد آیا یک سوئیچ دارای بیش از یک مسیر برای دستیابی به یک گره خاص است . در صورت وجود مسیرهای متعدد ، بهترین مسیر نسبت به سایر مسیرها کدام است ؟ نحوه عملیات STP بشرح زیر است :- به هر سوئیج ، مجموعه ای از مشخصه ها (ID) نسبت داده می شود. یکی از مشخصه ها برای سوئیچ و سایر مشخصه ها برای هر یک از پورت ها استفاده می گردد. م?شخصه سوئیچ ، BID)Bridge ID) نامیده شده و دارای هشت بایت است . دو بایت بمنظور مشخص نمودن اولویت و شش بایت برای مشخص کردن آدرس MAC استفاده می گردد. مشخصه پورت ها ، شانزده بیتی است . شش بیت بمنظور تنظیمات مربوط به اولویت و ده بیت دیگر برای اختصاص یک شماره برا ی پورت مورد نظر است .- برای هر مسیر یک Path Cost محاسبه می گردد. نحوه محاسبه پارامتر فوق بر اساس استانداردهای ارائه شده توسط موسسه IEEE است . بمنظور محاسبه مقادر فوق ، ۱٫۰۰۰ مگابیت در ثانیه ( یک گیگابیت در ثانیه ) را بر پهنای باند سگمنت متصل شده به پورت ، تقسیم می نمایند. بنابراین یک اتصال ۱۰ مگابیت در ثانیه ، دارای Cost به میزان ۱۰۰ است (۱٫۰۰۰ تفسیم بر ۱۰ ) . بمنظور هماهنگ شدن با افزایش سرعت شبکه های کامپیوتری استاندارد Cost نیز اصلاح می گردد. جدول زیر مقادیر جدید STP Cost را نشان می دهد. ( مقدار Path cost می تواند یک مقدار دلخواه بوده که توسط مدیریت شبکه تعریف و مشخص می گردد )
Bandwidth——-STP Cost Value
4 Mbps—————250
10 Mbps—————100
16 Mbps—————62
45 Mbps—————39
100 Mbps—————19
155 Mbps—————14
622 Mbps—————6
1 Gbps—————4
10 Gbps—————2
- هر سوئیچ فرآیندی را بمنظور انتخاب مسیرهای شبکه که می بایست توسط هر یک از سگمنت ها استفاده گردد ، آغاز می نمایند. اطلاعات فوق توسط سایر سوئیچ ها و با استفاده از یک پروتکل خاص با نام BPUD)Bridge protocol data units) به اشتراک گذاشته می شود. ساختار یک BPUDبشرح زیر است :● Root BID . پارامتر فوق BID مربوط به Root Bridge جاری را مشخص می کند.● Path Cost to Bridge . مسافت root bridge را مشخص می نماید. مثلا" در صورتیکه داده از طریق طی نمودن سه سگمنت با سرعتی معادل ۱۰۰ مگابیت در ثانیه برای رسیدن به Root bridge باشد ، مقدار cost بصورت (۱۹+۱۹+۰=۳۸) بدست می آید. سگمنتی که به Root Bridge متصل است دارای Cost معادل صفر است .●Sender BID . مشخصه BID سوئیچ ارسال کننده BPDU را مشخص می کند.●Port ID . پورت ارسال کننده BPDU مربوط به سوئیچ را مشخص می نماید.تمام سوئیج ها بمنظور مشخص نمودن بهترین مسیر بین سگمنت های متفاوت ، بصورت پیوسته برای یکدیگر BPDU ارسال می نمایند. زمانیکه سوئیچی یک BPDU را (از سوئیچ دیگر) دریافت می دارد که مناسبتر از آن چیزی است که خود برای ارسال اطلاعات در همان سگمنت استفاده کرده است ، BPDU خود را متوقف ( به سایر سگمنت ها اراسال نمی نماید ) و از BPDU سایر سوئیچ ها بمنظور دستیابی به سگمنت ها استفاده خواهد کرد.- یک Root bridge بر اساس فرآیندهای BPDU بین سوئیج ها ، انتخاب می گردد. در ابتدا هر سوئیج خود را بعنوان Root در نظر می گیرد. زمانیکه یک سوئیچ برای اولین بار به شبکه متصل می گردد ، یک BPDU را بهمراه BID خود که بعنوان Root BID است ، ارسال می نماید. زمانیکه سایر سوئیچ ها BPDU را دریافت می دارند ، آن را با BID مربوطه ای که بعنوان Root BID ذخیره نموده اند، مقایسه می نمایند. در صورتیکه Root BID جدید دارای یک مقدار کمتر باشد ، تمام سوئیچ ها آن را با آنچیزی که قبلا" ذخیره کرده اند، جایگزین می نمایند. در صورتیکه Root BID ذخیره شده دارای مقدار کمتری باشد ، یک BPDU برای سوئیچ جدید بهمراه BID مربوط به Root BID ارسال می گردد. زمانیکه سوئیچ جدید BPDU را دریافت می دارد ، از Root بودن خود صرفنظر و مقدار ارسالی را بعنوان Root BID در جدول مربوط به خود ذخیره خواهد کرد.- با توجه به محل Root Bridge ، سایر سوئیچ ها مشخص خواهند کرد که کدامیک از پورت های آنها دارای کوتاهترین مسیر به Root Bridge است . پورت های فوق، Root Ports نامیده شده و هر سوئیج می بایست دارای یک نمونه باشد.- سوئیچ ها مشخص خواهند کرد که چه کسی دارای پورت های designated است . پورت فوق ، اتصالی است که توسط آن بسته های اطلاعاتی برای یک سگمنت خاص ارسال و یا از آن دریافت خواهند شد. با داشتن صرفا" یک نمونه از پورت های فوق ، تمام مشکلات مربوط به Looping برطرف خواهد شد.- پورت های designated بر اساس کوتاهترتن مسیر بین یک سگمنت تا root bridge انتخاب می گردند. با توجه به اینکه Root bridge دارای مقدار صفر برای path cost است ، هر پورت آن بمنزله یک پورت designated است . ( مشروط به اتصال پورت مورد نظر به سسگمنت ) برای سایر سوئیچ ها، Path Cost برای یک سگمنت بررسی می گردد. در صورتیکه پورتی دارای پایین ترین path cost باشد ، پورت فوق بمنزله پورت designated سگمنت مورد نظر خواهد بود. در صورتیکه دو و یا بیش از دو پورت دارای مقادیر یکسان path cost باشند ، سوئیچ با مقادر کمتر BID اتخاب می گردد.- پس از انتخاب پورت designatedبرای سگمنت شبکه ، سایر پورت های متصل شده به سگمنت مورد نظر بعنوان non -designated port در نظر گرفته خواهند شد. بنابراین با استفاده از پورت های designated می توان به یک سگمنت متصل گردید.هر سوئیچ دارای جدول BPDU مربوط به خود بوده که بصورت خودکار بهنگام خواهد شد. بدین ترتیب شبکه بصورت یک spanning tree بوده که roor bridge که بمنزله ریشه و سایر سوئیچ ها بمنزله برگ خواهند بود. هر سوئیچ با استفاده از Root Ports قادر به ارتباط با root bridge بوده و با استفاده از پورت های designated قادر به ارتباط با هر سگمنت خواهد بود.
