Protocole STP

Pré-requis


Introduction au Spanning Tree

 

Fonctionnement du STP


Le but du Spanning-Tree est d’obtenir une architecture LAN SANS BOUCLE.
Le premier protocole permettant de faire du Spanning-Tree est le protocole STP (Spanning-Tree Protocol).
Pour transformer une architecture maillée en architecture sans boucle , STP va devoir désactiver certaines liaisons.
Pour ce faire, Il a la possibilité de mettre les ports d’un switch dans un de ces deux états (State) stables :

Forwarding (FWD): Fonctionnement normal du port

Blocking (BLK):

– Le port n’émet rien sauf des trames STP.
– Le port reçoit tous mais ne traite que les trames STP.

Pour prendre ce type de décision, il va falloir que tous les switchs se mettent d’accord sur l’architecture logique à adopter.
Nos Switchs vont échanger des informations STP via des trames BPDU
Pour qu’il soit tous d’accord , ils vont dans un premier temps devoir élire un Chef !!
Le Chef sera appelé le Root-Bridge !

 

Communication STP


Nos switchs échanges des informations concernant le STP via des trames BPDU.

BPDU = (Bridge Protocol Data Units).

Il existe deux types de trames BPDU :

Configuration BPDU : Permet de tenir au courant ses voisins de l’état de santé de la topologie STP
Topologie Change Notification BPDU (TCN BPDU) : Permet d’annoncer un changement de topologie STP

Par défaut , un Switchs envoie une trame BPDU toutes les 2 secondes sur tous ses ports .

 

Élection des rôles


Root-Bridge


Comment le Root-Bridge est élu ? Grâce au Bridge-ID (BID).
Le Bridge-ID est généré automatiquement par nos switchs. Il est composé de deux choses:

Bridge Priority

– Sur 2 octets
– Peut être modifié par l’administrateur
– Compris entre 0 et 65 535
– Possède un pas de 4096 (4096, 8192, 12228, … , 28672, 32 768, 36864, … , 57344 ou 61440)
– Par défaut : 32 768

MAC Address

– Sur 6 octets
– Correspond à l’adresse MAC de notre switch.

Grâce aux trames BPDU , nos switchs vont chercher l’équipement actif possédant la valeur de Bridge Priority la plus faible. Si tout le monde à la même valeur de Bridge Priority. Ils vont chercher qui à la MAC Address la plus faible.

Par défaut , le switch possédant l’adresse Mac la plus faible va être le Root-Bridge !

Conclusion : Ce sera donc le switch le plus vieux de votre réseau qui sera le Chef de votre topologie de niveau 2 ! Il est primordial de mettre votre cœur de réseau en tant que Root-Bridge (#Chef) en jouant sur son Bridge-Priority

Dès que le « Root-Bridge » est élu, tout les liens vont se mettre soit en Forwarding, soit en Blocking en suivant la logique suivante :

Protocole STP - Root Bridge

Protocole STP – Root Bridge

 

– Tout les ports du switch « Root-Bridge » (#Chef) vont être obligatoirement dans l’état Forwarding
– Le port de chaque « Non-Root Bridge » (#LesAutresSwitchs) qui à le coût administratif le plus petit pour aller vers le « Root-Bridge » est dans l’état Forwarding
Les autres liaisons seront inactives. Sur une liaison inactive , il y aura toujours un port dans l’état Forwarding et un autre dans l’état Blocking.

Si un lien actif tombe, il sera remplacé par un lien Inactif en suivant la logique ci dessus.

 

Root-port


Nous avons vu que les ports de nos Switchs peuvent prendre 2 états :

– Forwarding
– Blocking

Le protocole STP va aussi définir un rôle pour chaque port, il existe 3 rôles :

– Root-Port
– Designated Port
– Blocking port

Pour définir quel port de notre switch va devenir le root-port

– Le coût administratif le plus bas

Si égalité

– La valeur du Bridge-ID la plus faible

Si égalité

– Le numéro de port le plus faible

 

Le coût administratif


Nous avons vu plus haut que chaque switchs « non-Root bridge » va mettre le port qui à le coût administratif le plus bas pour discuter avec le Root-Bridge dans l’état « Forwarding ». Ce port aura le rôle de  « Root-port« .

Comment calcule t’il le coût administratif ? en prenant en compte le tableau suivant :

– 10 Mbps = 100
– 100 Mbps = 19
– 1 Gbps = 4
– 10 Gbps = 2

Étape 1 : Le Root-Bridge envoi une trame BPDU sur tous ces ports avec une valeur de « root path cost » (Coût du chemin vers le root bridge) égale à 0
Étape 2 : Les switchs recevant cette trame BPDU mettent cette valeur de « path cost » sur l’interface physique de réception.
Étape 3 : Ces derniers renvoient sur leurs autres interfaces une trame BPDU avec un « root path cost » égale à 0 + la valeur de l’interface de sortie

 

     Exemple : Le Switch 1 possède uniquement des interfaces FastEthernet. Il reçoit sur l’interface FastEthernet 0/1 un message BPDU possédant un « root path cost » égal à 0. il va donc envoyer une trame BPDU sur ces autres ports FastEthernet avec une valeur de « root path cost » égale à 19 (0+19)

 

L’interface physique de chaque « non-root switch » possédant la valeur « root path cost » la plus faible aura le rôle de « root-port »

 

Pour illustrer cela , nous allons nous baser sur la même architecture vu précédemment. Le seul point qui va différer sur les deux architectures sont le coût des liaisons.

Protocole STP - Coût administratif - Schema 01

Protocole STP – Coût administratif – Schema 01

 

Maintenant , mettons sur ces architectures nos « Root-port »

Protocole STP - Coût administratif - Schema 01

Protocole STP – Coût administratif – Schema 02

Les Switchs C et D on trouvés un chemin plus court en passant respectivement vers B et E.

 

La valeur du Bridge-ID


Protocole STP - Bridge ID

Protocole STP – Bridge ID

Imaginons ce cas de figure :

Un de nos switch reçois sur deux de ces ports une trame BPDU possédant le meme coût administrative. du coup quelle liaison vas t’il choisir de mettre en mode Forwarding ?
Dans notre trame BPDU, nous avons vu plus haut que chaque Switch intègre son Bridge-ID.
Vu que le coût administrative est égal pour ces deux trames BPDU, notre switch va regarder la valeur du bridge ID de ces deux Trames et va décider de mettre en mode Forwarding l’interface qui a reçu le BDPU avec le Bridge ID le plus faible.
Dans notre cas, tout notre bridge ID ont une valeur par défaut.
Le switch B possède une adresse mac plus faible que le switch C.
Le switch D va donc passer par le switch B afin d’atteindre le root-bridge

 

Le numéro de port


Notre switch D reçoit deux trames BPDU sur deux ports différents.
– Les coûts administratif sont égaux
– Les bridge ID sont égaux (vu qu’ils proviennent du même switch.

Notre switch va donc devoir choir une liaison a mettre en Forwarding et l’autre en blocking.
Le numéro de port le plus faible sera mis en actif.

 

 

 

 

 

 

Designated-port


Un port qui à le rôle de « Designated-port » est dans l’état Forwarding.
Tout les ports du Root-Bridge (#Chef) ont le rôle de « Designated-port ».
Seul les liaisons entre « Root-port » et « Designated-Port » seront actives.

Protocole STP - Designated port

Protocole STP – Designated port

Les autres liaisons posséderons un port en « Designated-Port » et un port en « Blocking-port ». Afin de déterminer le quel des deux ports aura le rôle de « Designated-Port », on va définir le quel des deux switchs possèdent :

– La liaison avec le coût le plus faible pour atteindre le « Root-Bridge » (root path cost)

En cas d’égalité

– La Priorité la plus faible ( Bridge ID : par défaut 32 768)

En cas d’égalité

– L’adresse MAC la plus faible

 

Protocole STP - Designated Port - Schéma 01

Protocole STP – Designated Port – Schéma 01

 

Les autres ports seront dans l’état Blocking:

Protocole STP - Designated Port - Schéma 02

Protocole STP – Designated Port – Schéma 02

État des ports STP


Nos ports STP peuvent prendre plusieurs états. Il existe de différents types d’états :

État Stable

Disabled (Avec la commande Shutdown)
Blocking (Le protocole a pris la décision de bloquer ce port pour éviter une boucle, il reçoit et traite toujours les trames BPDU qu’il reçois  )
Forwarding (Le port est actif)

État Transitoire

Listening (Le port peut envoyer et recevoir des trames BPDU) = 15s
Learning (idem que l’état « Listening » , sauf qu’il va en même temps remplir sa table ARP) = 15s

Etats des ports STP

Etats des ports STP

 

En cas de panne


Afin de maintenir notre architecture à jour et à prêt à basculer en cas de panne , le « Root-Bridge » envoi sur tous ses ports et toute les 2 secondes une trame « Hello BPDU »

Cette trame contient :

– Le Root Bridge ID
– Le Bridge ID (dans ce cas , il sera identique au Root Bridge ID)
– Le coût pour atteindre le Root-Bridge (Dans ce cas, il sera égal à zéro)

Chaque Non-Root Bridge (#PasChef) remplace le Bridge ID et le coût pour atteindre le Root-Bridge (#Chef) par les sien et retransmet cette trame sur tous ses ports « Designated-Port ».
Si un Switch ne reçoit plus de trame Hello BPDU pendant 20secondes (10 x 2sec) , il va commencer à essayer de changer la topologie STP. Cette intervalle de temps s’appelle le « MaxAge« .
Lorsque que la topologie STP commence à changer et que cela nécessite qu’un port précédemment en mode Blocking doit passer en mode Forwarding. Il va passer dans les stades d’écoute (Listening) et d’apprentissage (Learning).
Dans le guide officiel du CCNA 200-125 , nous pouvons trouver ce tableau :

Il nous indique que les états Blocking , Forwarding et Disable (shutdown, éteint) sont des états stable et que les états Listening et Learning sont des états transitoires. Chacun de ses états transitoires durent 15 secondes.
Il va falloir 50 secondes (20+15+15) à notre topologie STP afin de palier à une panne réseau.
Ce temps est beaucoup trop important. Le protocole RSTP (Rapid STP) est né.

 

Prochain Article : 02 – Protocole RSTP

Noël NICOLAS

Expert Réseau
10 ans d’expérience
CCNP Routing and Switching
Fondateur du site FingerInTheNet

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ACTA
Invité
ACTA

Bon tutorial et bonne révision pour ton CCNP

ACTA
Invité
ACTA

bernie ?

KayouMT
Invité
KayouMT

Félicitations pour l’arcticle ! 1 – Dans la section « Communication STP », la phrase suivante peut porter à confusion : « Par défaut , un Switchs envoie une trame BPDU toutes les 2 secondes sur tous ses ports . ». Il faudrait peut-être ajouter une précision ; une fois que le root bridge élu et le réseau stabilisé, c’est uniquement le « root bridge » qui envoie les « Configuration BPDU » toutes les deux secondes. 2 – Dans la section « Roote Bridge », est-ce que la phrase suivante ne devrait pas préciser que les incréments de 4096 ne sont utilisés que si on utilise le « extended system-id »… Read more »