Tratarea Buclelor în Conectarea LAN - STP (Spanning Tree Protocol)

O problema importantă ce apare la nivelul legătură de date este existența buclelor. O buclă apare într-o rețea atunci când între două dispozitive ale acesteia există două sau mai multe legături active, fiecare conexiune folosind doar dispozitive de interconectare ce pot analiza cel mult informații de nivel legătură de date. Apariția buclelor la nivelul 2 este corelată cu faptul că punțile și comutatoarele nu filtrează pachetele de difuzare, ducând astfel la o depreciere semnificativă a performanțelor rețelei prin determinarea unor avalanșe de difuzări.

Protocolul STP (Spanning Tree Protocol) identifică aceste bucle și duce la întreruperea lor prin construirea unui arbore de acoperire pe graful determinat de dispozitivele de interconectare și de conexiunile dintre acestea, dezactivând legăturile care duc la închiderea buclei.

Protocolul STP este folosit încă din 1985 și încă se potrivește perfect pentru rețelele în care timpul de răspuns nu joacă un rol critic. Cu toate acestea, conform standardelor actuale, este un protocol foarte lent, datorită timpului de re-convergență, care poate fi între 30 si 50 de secunde. Timpul de re-convergență este timpul scurs între momentul în care a apărut o modificare în rețea și momentul în care arborele de acoperire a fost stabilit. La STP, acest timp este influențat de doi factori: existența în specificația protocolului a unor timere ce influențează luarea deciziilor în ceea ce privește ștergerea informațiilor din tabela de comutare, și faptul că procesul de recalculare al arborelui de acoperire este declanșat de rădăcina arborelui, indiferent daca aceasta a sesizat modificarea apărută sau nu. Majoritatea aplicațiilor actuale așteaptă ca în cazul unei modificări în rețea, aceasta să se stabilizeze în mai puțin de o secundă. Cum STP este foarte lent, nu este practic pentru aplicațiile curente, astfel că a apărut nevoia unui protocol mai bun.

A apărut astfel protocolul RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol), care elimină neajunsurile specificate anterior, prin relaxarea timerelor și permiterea tuturor switchurilor de a porni procesul de recalculare al arborelui de acoperire, fără ca acestea să aștepte confirmare din partea rădăcinii arborelui. RSTP nu este neapărat un protocol nou, ci mai degrabă o îmbunătățire adusă protocolului STP, păstrând conceptele de bază și fiind compatibil cu acesta.

1. Terminologie

Înainte de a prezenta modul de funcționare a protocoalelor STP și RSTP, este necesară prezentarea sumară a terminologiei folosite.

a. Topologia de tip arbore

Arborele de acoperire include o rădăcină (un bridge1 rădăcină), ramuri (LAN-uri și bridge-uri active) și frunze (noduri terminale). Într-o structură arborescentă putem afirma că graful determinat de componentele arborelui este conex și nu conține cicluri . Astfel, între oricare două frunze va exista o singură cale. Aplicând aceste afirmații putem spune că într-o rețea caracterizată printr-o topologie de tip arbore, switch-urile nu vor forma bucle și nu vor exista segmente izolate. Fig. 1 arată o rețea de switch-uri fără bucle, având conexiuni active ce pleacă din rădăcină. În acest exemplu, switchul “sw1” a fost selectat ca fiind rădăcina arborelui.

Fig. 1: Topologia unei rețele de comutare în care legăturile redundante sunt dezactivate de RSTP

b. BPDU (Bridge Protocol Data Units)

Pentru ca informațiile despre arborele de acoperire și orice modificare apărută în rețea să ajungă la fiecare bridge, acestea folosesc un tip special de cadre numite BPDU (Bridge Protocol Data Units). Un bridge trimite un cadru BPDU pe un port folosind adresa MAC a portului drept adresă sursă, iar pentru adresa destinație folosește o adresă multicast specifică protocolului STP, și anume 01:80:C2:00:00:00.

c. Bridge-ul rădăcină (Root Bridge)

Așa cum un arbore are o rădăcină din care pornesc toate ramurile sale, arborele de acoperire are un bridge rădăcină. Doar un singur astfel de bridge poate exista într-o rețea. Oricare din bridge-urile din rețea este un potențial candidat la rolul de Root Bridge, dar va fi ales acel bridge cu cel mai bun ID. ID-ul este format din două părți: o prioritate selectată de către utilizator și adresa MAC. Bridge-ul cu cea mai mică valoare a priorității devine Root Bridge.

Când toate bridge-urile au aceeași valoare, bridge-ul cu cea mai mică adresă MAC devine Root Bridge.