STP

ryo 2025年05月28日カード33 いいね0

単語カード

STP Spanning Tree Protocol

スイッチ同士がループ構成になったときに、ループ障害(ブロードキャストストーム)を防ぐために一部リンクをブロックするプロトコル。

IEEE 802.1Dで企画化されています。

【主な特徴】
ネットワーク上のループを検出し、不要な経路を遮断遮断されたリンクも、障害時には迂回路として再利用可能

各スイッチがブリッジIDとパスコストを使ってルートブリッジを選出

各ポートはルートポート／指定ポート／ブロッキングポートなどの役割を持つ
RSTP Rapid Spanning Tree Protocol

・STPを改良した高速収束型のスパニングツリープロトコル。

・標準規格：IEEE 802.1w

【主な特徴】
•リンク障害時の収束（切替）が高速（数秒以内）

•STPよりも少ないステートで構成されている

•BPDUを双方向で送信・確認することで迅速にループ回避処理を行う
冗長化

冗長化とは、システムやネットワークにおいて、
機器や経路を二重・三重に用意して、障害が発生してもサービスを継続できるようにする設計のこと。

【主な目的】
•機器や通信経路の故障・切断に備える

•可用性（Availability）を高める

•障害時にも自動的に予備系に切り替えることでダウンを防ぐ

【例】
•スイッチ間を2本のケーブルで接続する

•ルータを2台構成にする

•サーバーの電源を二重化する

⸻

→ 「1つが壊れても、もう1つで耐える」＝信頼性と継続性を高めるための基本戦略。
ブロードキャストストーム

スイッチでの冗長化構成においてフレームが回り続ける現象（レイヤ2のループ）

ネットワーク内でブロードキャスト（全体宛て）フレームが大量に発生し続け、通信が機能しなくなる状態のこと。

ARP要求はブロードキャスト（宛先：FFFF.FFFF.FFFF）として送信されるため、スイッチは受信ポート以外のすべての同一VLANポートに転送します（フラッディング）。

→ 対策としてSTPを有効にすることで、ブロードキャストストームを防ぐことができる！！
STPではどのようにループを回避する？

スパニングツリープロトコル（STP）では、一部のポートをブロック状態にすることで、ループ構成によるフレームの循環を防ぐ。

これにより、ネットワークは**ツリー構造（階層構造）**になる。
STPにおけるルートブリッジとは？

STPで形成されるツリー構造の起点となる中心のスイッチのことをルートブリッジという。

ルートブリッジを基準に、各スイッチが最適な経路（ルートポート）を決定する。
ルートブリッジはどのように決まる？

STPでは、最も小さいブリッジIDを持つスイッチがルートブリッジに選ばれる。

ブリッジIDは以下の2つで構成される：

•ブリッジプライオリティ（デフォルト：32768）

•MACアドレス
※プライオリティが同じ場合は、MACアドレスが小さい方が優先される。
STPでブロックされるポートはどこ？

STPでは、ルートブリッジから見て最もコストの高い（遠い）ポートをブロッキング状態にする。

これによりループを防ぎつつ、バックアップ経路として保持される。
BPDU Bridge Protocol Data Unit

STP（スパニングツリープロトコル）でスイッチ同士が情報交換するための制御フレーム。

0180.C200.0000 というマルチキャストアドレスで送信されます。
BPDUのフレームフォーマット

L2ヘッダ（イーサネットヘッダ）の後ろに格納されます。

最初の方には、プロトコルIDやバージョンなどが格納
ルートブリッジの選出方法

・STPのツリー構造の起点となる中心のスイッチのこと

・ブリッジIDとはプライオリティとMACアドレスで、比較の際にはプライオリティが優先される

・プライオリティが同じ場合は※最も低い値のMACアドレスのスイッチが選出される。

・プライオリティは手動で数値を変更できる。（デフォルトは32768）
ルートポート RP＝Root Port

・ルートブリッジまでの最短のパスコストを持つポートのこと。

・パスコストはポートの帯域幅によって決められている。

帯域幅（bps）: コスト
10 Mbps:100
100Mbps:19
1Gbps:4
10Gbps:2

→ 累計パスコストが小さいポートがルートポートに選ばれる。

・同じコストのBPDUが複数届いた場合は、次の優先順で決定する：

1.累計パスコストが最も小さいBPDUを受け取ったポート

2.送信元ブリッジIDが最も小さいBPDUを受け取ったポート

3.送信元ポートIDが最も小さいBPDUを受け取ったポート
指定ポートの選出方法 DP＝Designated Port

・スイッチ間の範囲（セグメント）で上位のBPDUを送信するポートが指定ポートとなる。

・指定ポートは以下のように選出する。

1.ルートパスコストが小さいBPDUを送信するポート

2.パスコストが同じ場合、BPDUの送信ブリッジIDが小さいポート。

3.送信元ポートIDが最も小さいBPDUを送信するポート。

※同じセグメント上でルートブリッジより近いスイッチ側のポートが指定ポートと考えても良い

※ルートポートの対向側は指定ポートになると考えても良い。

※ルートブリッジはすべて指定ポートになる。
ブロッキングポートの選出方法 NDP＝Non Designated Port

・最後まで残ったものが非指定ポート（ブロッキングポート）となる

・ブロッキングポートからはユーザーのフレームは送信されない。

・BPDUは受信し続ける（自分が非指定ポートだと認識し続ける）がMACアドレスは学習しない。

・ブロッキングポートが決まった後は、ルートブリッジからのみBPDUが送信される。

・障害が発生した場合は、ルートブリッジに変更が伝えられ、各スイッチに通知が届くことで再計算がおこなわれる。
show spanning-tree
ポートファース PortFast

PortFast（ポートファースト）とは、STP（スパニングツリープロトコル）のポート状態遷移をスキップし、スイッチ起動直後にポートをすぐForwarding状態にする機能。

※PCなどが接続され、フォワーディングになることがあらかじめ確定しているポートで設定します。

※スイッチ間のリンクでは、ループの原因となって可能性があるため、エンドデバイス以外の接続先でポートファストを有効にしてはいけません。
ポートファストを有効化するコマンド

(config)#spanning-tree portfast default
すべてのアクセスポートに一括でポートファストを有効化します。

(config-if)#spanning-tree portfast
インターフェースごとにポートファストを有効化します。

(config-if)#spanning-tree portfast trunk
トランクポートでポートファストを有効化します。
PortFast使用時の、STPとRSTPにおける状態遷移の違いは？

【STP（IEEE 802.1D）での通常の状態遷移】
1.Blocking（ブロッキング）
2.Listening（リスニング）
3.Learning（ラーニング）
4.Forwarding（フォワーディング）
※合計30秒以上かかることもある

→ PortFastを有効にすると、Listening/Learning をスキップして即Forwarding

【RSTP（IEEE 802.1w）の通常の状態遷移】
•Discarding（破棄中）
•Learning（学習）
•Forwarding（転送）

→ PortFastを有効にすると、Discarding/Learningをスキップして即Forwarding

【共通点】
•STPもRSTPも、PortFastを有効にするとポートは即Forwarding状態になる

•主にエンドデバイス（PC・プリンタなど）接続用アクセスポートに設定する
PortFast使用時の、STPとRSTPにおける状態遷移の違いは？

【STP（IEEE 802.1D）での通常の状態遷移】
1.Blocking（ブロッキング）
2.Listening（リスニング）
3.Learning（ラーニング）
4.Forwarding（フォワーディング）
※合計30秒以上かかることもある

→ PortFastを有効にすると、Listening/Learning をスキップして即Forwarding

【RSTP（IEEE 802.1w）の通常の状態遷移】
•Discarding（破棄中）
•Learning（学習）
•Forwarding（転送）

→ PortFastを有効にすると、Discarding/Learningをスキップして即Forwarding

【共通点】
•STPもRSTPも、PortFastを有効にするとポートは即Forwarding状態になる

•主にエンドデバイス（PC・プリンタなど）接続用アクセスポートに設定する
PVST Per VLAN Spanning Tree

ここでの頭文字「Per」は「～ごと」を意味します。

「PVST+」と「Rapid PVST+」は、

VLANごとに1つのインスタンスを作成します。

インスタンスとは、1つの独立したスパニングツリー構成の単位。PVSTでは、VLANごとに1つずつインスタンスが生成される。
シェアードリンク

シェアードリンク（Shared Link）とは、複数のデバイスが1つの通信メディアを共有して通信する方式。

シェアードリンクに分類されるのは、スイッチ間にハブが入っている接続です。また、スイッチのポートが半二重に設定されている場合もシェアードリンクに分類されます。

シェアードリンクの場合はSTPタイマーを使った収束を行います。
ポイントツーポイントリンク

ポイントツーポイント（Point-to-Point）リンクとは、
スイッチやルータなど2つのネットワーク機器が1本のリンクで直接接続されている通信方式。

ポイントツーポイントリンクの場合はSTPタイマーに依存しない高速収束を行います。

ポイントツーポイントリンクに分類されるのは、スイッチのポートが全二重に設定され、スイッチが1対1で接続されている場合です。
スパニングツリーが動作しているスイッチドネットワークで、完全に収束したと言えるのはいつか。

全てのスイッチのポートが、ブロッキングかフォワーディングのどちらかになった時
VLANのハロータイムを設定するコマンド

Switch（config）#spanning-tree vlan ｛VLAN番号〕｛タイマーの種類｝｛秒｝
RSTPポートの役割の説明

指定ポートがダウンした場合、バックアップポートがその役割を引き継ぐ

ルートポートがダウンした場合、代替ポートがその役割を引き継ぐ
BPDUフィルタリング

BPDUフィルタリングは、BPDUの送受信を止める機能です。

PCやサーバを接続するアクセスポートでは BPDUを送受信する必要がないので、BPDUフィルタリングによって無駄な処理を抑えることが出来ます。

BPDUフィルタリングは、特定のインターフェースで有効にした場合とグローバルで有効にした場合で、BPDUを受信したときの動作が異なります。

※特定のインターフェースでBPDUフィルタリングを有効にした場合

そのインタフェースでBPDUを受信しても、BPDUの受信処理は行いません。

※グローバルでBPDUフィルタリングを有効にした場合
BPDUを受信すると、BPDUフィルタリングは無効になり、BPDUの送受信が始まります。

インターフェースの先がPCやサーバからスイッチに変更された場合でも、BPDUを受信することでSTPが動作するため、ループの発生を防止することができます。
STPのブリッジプライオリティのデフォルト値は？

→ 32768
※範囲：0～61440（4096刻み）
STPのパスコスト（ショートモード）の代表的な値は？

帯域幅/コスト
10Mbps/100
100 Mbps/19
1 Gbps/4
10 Gbps/2

※Ciscoでは「ショートモード」がデフォルト（spanning-tree pathcost method short）
STPの各タイマーのデフォルト値は？

タイマー名/デフォルト値
Hello Time/2 秒
Forward Delay/15 秒
Max Age/20 秒
STPのポート状態の遷移にかかる時間は？

Listening（15秒）
→ Learning（15秒）
→ Forwarding（合計 30秒以上）

※PortFast を使用すると即 Forwarding になる
ブリッジプライオリティの設定可能値は？

→ 0～61440 の範囲で、4096単位で設定

（例：0、4096、8192、…、61440）
STPの主な機能
ネットワークにおける「直接接続」と「間接接続」の違いは？

•直接接続（Direct connection）：2つの機器が物理的にケーブルで接続されている状態

•間接接続（Indirect connection）：間に他の機器やネットワークが介在してつながっている状態（例：ルータ経由）

【補足】
•STPやルーティングでは、直接接続はより優先されることが多い
•トラブルシュートでも「直接か間接か」の判断が重要

以下は、ネットワーク以外の直接的と間接的の意味

直接的：本人や対象に対して、仲介なしで直接関わる・伝えること

間接的：他の手段や第三者を介して伝える・関わること