Spanning tree protocol - Définition
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Introduction
Le Spanning Tree Protocol (aussi appelé STP) est un protocole réseau permettant de déterminer une topologie réseau sans boucle (appelée arbre) dans les LAN avec ponts. Il est défini dans la norme IEEE 802.1D et est basé sur un algorithme décrit par Radia Perlman (en) en 1985.
Mode de fonctionnement
Les réseaux commutés de type ethernet doivent avoir un unique chemin entre deux points, cela s'appelle une topologie sans boucle. En effet, la présence de boucle génère des tempêtes de diffusion qui paralysent le réseau. Cependant, un bon réseau doit aussi inclure une redondance pour fournir un chemin alternatif en cas de panne d'une liaison ou d'un commutateur. L'algorithme de « spanning tree minimum » garantit l'unicité du chemin entre deux points du réseau en affectant un port dédié (root port), celui qui a le chemin le plus court vers le root bridge, à chaque segment du LAN (domaine de collision).
Élection du root bridge
Une topologie sans boucle ressemble à un arbre et à la base de chaque arbre, on trouve ses racines (roots). Dans un réseau commuté, le root bridge (commutateur maître) est déterminé par l'algorithme du spanning tree. Chaque commutateur a une adresse MAC et un numéro de priorité paramétrable (0x8000 par défaut), ces deux nombres constituant l'identification du bridge (nommée BID). Le BID est utilisé pour élire le root bridge en fonction des numéros de priorité, en cas d'égalité, l'adresse MAC la plus basse l'emporte, et comme toutes les adresses MAC sont uniques, il existera toujours un root bridge unique. Les autres commutateurs du réseau vont alors calculer la distance la plus courte vers le root bridge en utilisant le « coût » le plus faible vers celui-ci, ce coût dépendant de la bande passante des liens vers celui-ci. En général, l'administrateur du réseau configure la priorité du root bridge le plus opportun en fonction de la topologie particulière du réseau, ainsi que la priorité d'un autre commutateur qui deviendra root bridge en cas de défaillance du root bridge principal.
Élection des root ports
Un root port est un port qui sera utilisé pour transmettre les données (par opposition à un port bloqué). Chaque commutateur doit avoir un seul root port. L'élection d'un root port est effectuée d'après les champs path cost et port ID d'un paquet BPDU. En cas d'égalité, c'est le port ayant le port ID le plus faible qui sera élu. Un port bloqué peut émettre et recevoir des paquets BPDU. Les autres ports d'un commutateur sont des designated ports, ce sont eux qui transmettent les paquets BPDU.
Mode des ports sur les commutateurs en STP
Les port des commutateurs ou STP est actifs sont dans l'un des états suivants :
- Listening : le commutateur « écoute » les BPDU et détermine la topologie réseau.
- Learning : le commutateur construit une table faisant correspondre les adresses MAC aux numéros des ports.
- Forwarding : un port reçoit et envoie des données, opération normale.
- Blocking : un port provoquant une boucle, aucune donnée n'est envoyée ou reçue mais le port peut passer en mode forwarding si un autre lien tombe.
- Disabled : désactivé, un administrateur peut manuellement désactiver un port s'il le souhaite.
Le délai de transition entre les modes Listening vers Learning et Learning vers Forwarding est nommé forward delay, il est fixé par le root bridge et vaut 15 secondes par défaut.
Quand un client tel qu'un ordinateur, une imprimante ou un serveur est connecté au réseau, son port se mettra automatiquement d'abord en mode listening puis en mode learning, avant de se mettre en mode forwarding.
Pour raccourcir le délai de 50 secondes inhérent à la connexion d'un nouveau périphérique, le Rapid STP a été développé et standardisé par la norme IEEE 802.1w qui permet à un port de commutateur de passer directement en mode forwarding.
Il est également possible d'exclure certaines portes du fonctionnement de Spanning Tree, pour autant que l'on soit sûr qu'aucune boucle n'est possible sur ceux-ci.
