STP: جلوگیری از حلقه در شبکه

چهار کلمه

چرا کابل اضافه

فرض کنید محله‌ای دارید که خبرها دهان‌به‌دهان می‌رود. خانه‌ها سوییچ‌اند و کوچه‌ها کابل. اگر میان دو خانه فقط یک کوچه باشد و آن کوچه بسته شود، دو خانه از هم بی‌خبر می‌مانند. برای همین در شبکه‌ها سوییچ‌ها را با کابل اضافه به هم وصل می‌کنند:

طوفان پخش

قاعده‌ی محله این است: هر کس خبری شنید، آن را به همه‌ی همسایه‌ها می‌گوید جز کسی که از او شنیده. سوییچ هم با پیام همگانی همین کار را می‌کند (درس سوییچ). حالا ببینید در حلقه چه می‌شود:

خبر محله بالاخره کهنه می‌شود و کسی تکرارش نمی‌کند؛ ولی فریم لایه ۲ هیچ خانه‌ای برای تاریخ انقضا ندارد (چیزی مثل TTL در بسته‌ی IP). پس نسخه‌ها همیشه می‌چرخند، هر پیام همگانی تازه هم به آن‌ها اضافه می‌شود، کابل‌ها پر می‌شوند و سوییچ فریم دور می‌ریزد. به این طوفان پخش می‌گویند. یک دردسر دیگر هم هست: سوییچ یک فریم را از دو پورت می‌گیرد و جای فرستنده را اشتباه یاد می‌گیرد (جدول مک به هم می‌ریزد).

انتخاب ریشه

STP راه را نمی‌بُرد؛ کابل‌ها همه سر جایشان می‌مانند. به‌جایش از حلقه یک درخت می‌سازد: از هر سوییچ فقط یک راه تا یک سوییچ مرکزی. قدم اول انتخاب همین سوییچ مرکزی است، مثل محله‌ای که ریش‌سفیدی انتخاب می‌کند.

هر سوییچ یک شناسه دارد: یک عدد به نام اولویت، و پشتش نشانی مک خودش. سوییچی که شناسه‌اش از همه کوچک‌تر باشد، سوییچ ریشه می‌شود. اول اولویت‌ها مقایسه می‌شوند و اگر برابر بودند، نشانی‌های مک:

اولویت پیش‌فرض ۳۲٬۷۶۸ است. پس اگر کسی دست به آن نزند، ریشه را نشانی مک تعیین می‌کند و ممکن است ریشه همان سوییچ کهنه‌ی گوشه‌ی انبار شود. برای همین مدیر شبکه معمولا اولویت سوییچ اصلی را کمتر می‌کند تا خودش ریشه شود. اولویت فقط با گام‌های ۴٬۰۹۶ عوض می‌شود.

سه نقش پورت

قدم سوم: هر پورتی که دو سوییچ را به هم وصل می‌کند، یکی از سه نقش را می‌گیرد. پورت ریشه: در هر سوییچ غیر ریشه، پورتی که ارزان‌ترین راه به ریشه است. پورت تعیین‌شده: روی هر کابل، سری که برای آن کابل فریم می‌فرستد. پورت بسته: بقیه. این همان مثلث است، با سوییچ ۲ که ریشه شد:

روی کابل ۱ به ۳ هزینه‌ی هر دو سر تا ریشه برابر است (۴)، پس شناسه‌ی کوچک‌تر، یعنی سوییچ ۱، سر تعیین‌شده را می‌گیرد و سر سوییچ ۳ بسته می‌شود. حلقه دیگر نیست. پورت بسته مثل کوچه‌ای است که تابلوی «راه ذخیره» دارد: خبر از آن رد نمی‌شود و نه داده‌ای می‌فرستد و نه داده‌ای می‌گیرد، ولی یادداشت‌های BPDU را هنوز می‌شنود.

وقتی کابلی قطع شد

این همان جایی است که کابل اضافه به کار می‌آید:

پس STP هر دو خواسته را با هم می‌دهد: در روز عادی حلقه نیست، و روز خرابی راه یدک آماده است. این باز شدن در STP قدیم ممکن است ۳۰ تا ۵۰ ثانیه طول بکشد؛ در نسخه‌ی تازه‌تر، RSTP، معمولا چند ثانیه.

۳۰ ثانیه صبر

شاید دیده باشید که رایانه را به پریز شبکه وصل می‌کنید و چراغ روشن می‌شود، ولی تا مدتی اینترنت ندارید. در STP قدیم پورت تازه یکراست فریم نمی‌فرستد؛ اول از چند حالت می‌گذرد تا مطمئن شود حلقه نمی‌سازد:

در «گوش دادن»، پورت فقط BPDUها را می‌خواند. در «یاد گرفتن»، هنوز فریم نمی‌فرستد ولی نشانی‌های مک را یاد می‌گیرد. هر کدام پیش‌فرض ۱۵ ثانیه است، پس حدود ۳۰ ثانیه طول می‌کشد. حالت پنجمی هم هست: «خاموش»، وقتی مدیر شبکه پورت را خاموش کرده است.

سه اشتباه