2020년 국비지원 교육 내용 정리
### STP (Spanning-Tree Protocol)
- 망의 안정화를 위해서 장비 간의 이중화를 구현하는 것이 효율적이다.
하지만 Switch간 이중화 이상을 연결하게 되면 통신의 특성상 Loop가 발생하게 된다
1. Broadcast-Storm
2. 중복된 Frame 수신
3. 불안정한 Mac-address Table생성 현상에 의해 Loop발생
->이러한 Loop를 방지하는 알고리즘이 STP이다.
## IEEE.802.1D (PVST : Per-VLAN Spanning-Tree) - stp의 한 종류
이전 방식인 CST는 Root-bridge를 고정으로 전송할 수 밖에 없었다.
하지만 PVST는 VLAN당 Root-bridge를 변동하여 대역폭을
효율적으로 활용할 수 있으며 하나의 VLAN당 하나의 STP를 지원하는 기능이다.
- Switch간 Connect되면 상호간 BPDU를 주고 받는다.
*BPDU Root-bridge를 선출하기 위하여 주고 받는다
즉, 대장 스위치를 선출하고 이 스위치가 모든 경로 결정을 함
Only 1, 루트브리지만이 BPDU를 만들 수 있다
다른 스위치와 연결되기 전에는 각각의 스위치가 Root-bridge라고 판단하여 BPDU를 주고 받는데 조건(BPDU 정보)이 안 좋은 스위치가 탈락되고 하나의 Root-bridge만 선출이 된다.
##BPDU에 포함된 정보
| BPDU 정보 | 값 |
| Bridge-ID | VLAN Priority + Mac-address = 64bit |
| Cost | 고정값 Metric값과 유사 10M = 100 , 100M = 19 , 1G = 4 , 10G = 2 |
| Port-priority | 128.x (x = port번호) |
| BPDU 정보 | 의미 |
| Hello-time | BPDU의 교환 주기 기본값은 2초 |
| Max-age | Holdtime이나 Dead Interval과 같은 개념 20초 안에 BPDU가 들어오지 않으면 장애로 간주 |
| Forward-delay | 장애발생 후 차단된 포트를 여는데 걸리는 시간, 15초 포트를 열때 루프가 도는지 점검하는 시간정도 |
# 장애발생 시 STP동작과정
- Root-bridge와 Non Root-bridge사이에 장애 발생
Listening (15초) -> Learning (15초) -> Forwarding (30초 소요)
- Root-bridge와 Backup Root-bridge사이에 장애 발생
Blocking (Max-age 20초) -> Listening (15초) -> Learning (15초) -> Forwarding (50초 소요)
# Spanning-Tree의 5가지 Port상태
| Disable | Blocking | Listening | Learning | Forwarding | |
| 데이터 전송 | X | X | X | X | O |
| Mac-address 학습 | X | X | X | O | O |
| BPDU 수신 | X | O | O | O | O |
Interface가 비활성화상태인 경우 [해당 Port를 shutdown시키거나 동작이 불가능한 상태]
Spanning-tree에 의해 해당 Port가 Blocking된 상태
Blocking상태인 Port가 Designated Port , Root-port로 전환시 Listening상태로 전환되어진다.
.해당 Port에 통신장비가 연결되는 경우에도 역시 Listening상태로 전환되어진다.
Listening에서 15초의 시간을 유지한후 Learning 상태로 전환되어지며 Mac-addree를 학습하여
Mac-address table에 등록이 가능한 상태이다.
Disable , Blocking상태에서 Listening , Learning상태를 거쳐 Forwarding상태로 전환되어지며
통신이 가능한 상태이다.
#Root-Bridge 선출 과정
1. Root-bridge를 선출 (선출기준 : Bridge-ID)
a. Priority (32768 + VLAN 번호)가 낮은 Switch가 Root-bridge로 선출
b. Mac-address가 낮은 Switch가 Root-bridge로 선출
*OSPF DR의 선출 기준
우선순위 값이 제일 큰 값
우선순위 값이 동일하다면 Router ID 값 중 제일 큰 값
2. Port 선출
a. DP(Designated Port) : BPDU를 송신하는 Port
Root-bridge로 선출된 스위치의 모든 포트는 DP다. (24포트면 24개의 DP)
b. RP(Root Port) : BPDU를 수신하는 Port
Root-bridge를 제외한 나머지 모든 스위치는 하나의 RP를 가져야한다.
Root-bridge까지 최단경로(낮은 Cost값)인 RP를 가져야한다.
RP가 두 개라는 것은 루프가 돈다는 의미 (하나의 경로만을 가져야하니까)
* Root-bridge의 모든 Port는 DP로 선출되어지며
모든 Switch는 하나의 Segment당 하나의 DP를 갖는다.
스위치와 스위치의 연결 단위 = Segment
* Root-bridge를 제외한 나머지 모든 Switch는 한개의 RP(Root Port)를 갖는다.
해당 Switch에서 Root-bridge로 가는 가장
최단경로를 의미하며 실제 통신이 실시되는 Port이다.
3. AP(Alternated Port)선출 (Block Port)
a. Cost값이 큰 Port가 Blockport로 선출된다.
제일 멀리 있는 경로의 Cost값이 제일 크다
b. Sender Bridge-ID값이 큰 Port가 Blockport로 선출
c. Port-priority값이 큰 Port가 Blockport로 선출 [Root-bridge의 Port-Priority기준]
# 간단한 PVST적용 과정
SW1의 VLAN 11이 Root Bridge이다.
PVST를 적용하기 위해서 VLAN 11을 Non Root Bridge로 만들어보겠다.
SW1의 Priority 값을 높게 설정하여 Root Bridge을 박탈하려 한다. 이때 VLAN 별로 설정 할 수 있는 특징이 보인다. VLAN 11의 Priority의 값을 변경한다.
그리고 SW2의 VLAN 11의 Priority 값도 변경하여 Root Bridge와 Backup Bridge를 재선출한다.
Fa0/20의 역할이 Alternated Port로 바뀐 것을 볼 수 있다.
즉, Block Port로 바뀐 것이다. 이렇게 하나의 VLAN에 하나의 STP를 지원하는 PVST를 살펴보았다.
## IEEE.802.1W (RVST : Rapid VLAN Spanning-Tree)
- STP Convergence에 비해서 Port 이전이 상당히 빠른 STP를 의미한다.
- Root Bridge 선출, Root Port, Designated Port, Alternate Port를 결정하는 것은 STP 와 동일하다.
* RVST Cost
* RVST Port status
Switch(config)# spanning-tree mode rapid-pvst
- 위의 사항을 제외한 나머지 기능은 PVST와 동일하다.
## IEEE.802.1S (MSTP : Multiple Spanning-Tree Protocol)
| CST | PVST | |
| 장점 | 많은 VLAN을 사용하는 환경에서도 한개의 STP를 사용하기 때문에 장비에 부하가 적다. | 각 VLAN에 대해서 STP를 개별적으로 지원하기때문에 유연한 Topology구성이 가능하다. |
| 단점 | 하나의 Switch에서 하나의 STP만 사용하기때문에 각 Topology에 맞게 유연한 사용이 불가능하다. | 많은 VLAN을 사용하는 환경에서는 STP를 구성하기위한 CPU 소모율이 증가한다. PVST는 최대 128개의 STP를 지원한다. |
- 기존의 CST와 PVST의 장점을 결합하여 개발된 STP
- 동일한 경로를 가진 VLAN을 하나의 STP를 사용하여 관리하는 방식으로 여러 개의 STP Group을 구성하여 효율적인 STP를 구성할 수 있다.
- STP Mode를 MST로 변경하면 기본 Spanning-tree는 RSTP로 동작한다.
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