STP ו־RSTP: בחירת Root Bridge ותפקידי פורטים

Как коммутаторы предотвращают петли, кто выбирается Root и как читать show spanning-tree.

Аналогия: представьте три комнаты, соединенные тремя коридорами по кругу. Без четких правил сообщение будет циркулировать по кругу бесконечно. STP закрывает один коридор и оставляет его в резерве — если активный коридор блокируется, резервный открывается.

Bridge ID складывается из Priority и MAC-адреса, побеждает наименьший: SW1 с priority 4096 становится Root. У SW2 и SW3 порт с наименьшей стоимостью до корня становится Root Port, канал между ними блокируется, чтобы не было петли. Роли портов: Designated — один активный на сегмент, Root — путь к корню, Blocking — резерв. RSTP ускоряет сходимость, PortFast и BPDU Guard ставят на пользовательские порты.

Как выбирается Root Bridge

Каждый коммутатор отправляет BPDU с Bridge ID = Priority (по умолчанию 32768) + MAC Address.
Коммутатор с наименьшим Bridge ID становится Root Bridge.
Если Priority одинаков — побеждает MAC-адрес с меньшим значением (обычно самый старый коммутатор — нежелательно!).
Root Port — Порт с наименьшей стоимостью до Root, один на каждом коммутаторе, который не является Root.
Designated Port — Один активный порт в каждом сегменте сети.
Blocking / Alternate Port — Избыточный порт, который заблокирован для предотвращения петли.

! Принудить корневой коммутатор быть Root
Switch(config)# spanning-tree vlan 10,20 root primary
Switch(config)# spanning-tree vlan 10,20 priority 4096

! Пользовательские порты — немедленный переход в Forwarding + защита
Switch(config-if)# spanning-tree portfast
Switch(config-if)# spanning-tree bpduguard enable

! Более быстрый режим (RSTP) — сходимость за секунды вместо ~50 секунд
Switch(config)# spanning-tree mode rapid-pvst

! Проверки
Switch# show spanning-tree vlan 10
Switch# show spanning-tree root
Switch# show spanning-tree interface gi0/1 detail

bash

Архитектура и теория — под капотом

Без STP физический петля между коммутаторами создает Broadcast Storm, которая за несколько секунд обрушивает сеть. STP выбирает Root Bridge, вычисляет до него кратчайший путь и блокирует остальные соединения.

Bridge ID = Priority (4096 steps) + VLAN ID + MAC
Root election: Самый низкий выигрывает (priority, и если равно - MAC)

        [ROOT SW1]
        /        \
   Root Port    Root Port
   [SW2] ---- BLOCKED ---- [SW3]

text

Роли портов: Root Port (самый короткий путь до Root), Designated Port (один на каждый сегмент), Blocking/Alternate.
Cost по скорости: 10G=2, 1G=4, 100M=19, 10M=100.
Обычный STP (802.1D): 30-50 секунд конвергенции. RSTP (802.1w): менее секунды.
PortFast: пользовательский порт немедленно переходит в состояние Forwarding; BPDU Guard отключает его, если приходит BPDU (признак подключения коммутатора).

Практическая настройка (CLI)

! Принудительный ожидаемый Root
SW1(config)# spanning-tree mode rapid-pvst
SW1(config)# spanning-tree vlan 10,20 root primary
SW2(config)# spanning-tree vlan 10,20 root secondary
! или вручную
SW1(config)# spanning-tree vlan 10 priority 4096

! Защита портов пользователей
SW(config)# interface range gi0/2-20
SW(config-if-range)# spanning-tree portfast
SW(config-if-range)# spanning-tree bpduguard enable
! На портах, ведущих к коммутаторам, которые не должны быть Root
SW(config-if)# spanning-tree guard root

bash

Реальные сценарии в организации

Root Bridge должен быть центральным коммутатором (Core/Distribution) — а не случайным коммутатором доступа.
PortFast + BPDU Guard на всех пользовательских портах, в любой организации, всегда.
При обновлении инфраструктуры заранее убедитесь, кто является Root, чтобы трафик не шел обходным путем.

Диагностика и устранение неполадок

SW# show spanning-tree
SW# show spanning-tree vlan 10
SW# show spanning-tree root
SW# show spanning-tree interface gi0/1 detail
SW# show interfaces status err-disabled

bash

Сеть работает медленно и вдруг 'зависает' → Broadcast Storm; ищите петлю и проверьте, активен ли STP.
Неожиданный Root Bridge → кто-то подключил старый коммутатор; установите priority вручную и включите Root Guard.
Порт в err-disabled с BPDUGuard → к пользовательскому порту подключен коммутатор.
Медленная конвергенция → все еще 802.1D; переключитесь на rapid-pvst.

Глоссарий и быстрый список команд

Bridge Priority по умолчанию 32768, шаги по 4096
Состояния 802.1D: Blocking → Listening → Learning → Forwarding
RSTP roles: Root, Designated, Alternate, Backup
spanning-tree portfast + bpduguard = обязательны на конечных портах

STP и RSTP: Выбор Root Bridge и роли портов

Что вы узнаете

Выбор Root Bridge и роли портов

Как выбирается Root Bridge

Проверь себя