Spanning Tree プロトコルの基礎と仕組み

Spanning Tree プロトコルの選び方

Spanning Tree アルゴリズムは、ネットワーク内の 1 台のスイッチを「Root Bridge（ルートブリッジ）」として選出し、それを起点としてツリー状に経路を構成することで、ループを防止する仕組みです。ループとなるパスが検出されたポートはブロック状態になります。Spanning Tree プロトコルには STP、RSTP、MSTP の 3 種があり、互換性があります。

STP（Spanning Tree Protocol）

最も古い Spanning Tree プロトコルであり、現在は RSTP や MSTP に置き換えられています。最大 17 台までのスイッチを想定し、トポロジ変化時はタイマーにより収束を行うため収束時間に数分かかることもあります。現在では非推奨です。

RSTP（Rapid STP）

STP を高速化した規格です。タイマーではなくネゴシエーションによりTopology Changeを同期させ、収束時間を大幅短縮できます。最大 40 台のスイッチ構成に対応しています。

MSTP（Multiple STP）

RSTP を拡張し、複数インスタンスを同時に動作させ、VLAN ごとに異なるツリーを構成できます。これによりロードバランスが可能となります。Region 単位で 40 台までのスイッチ接続が可能で、最大 40 Region を構成できます。

Root Bridge と Backup Root Bridge

STP を構成するには Root Bridge と Backup Root Bridge（予備）を設定するのが推奨されます。トラフィックが集中するため、Root Bridge には高性能なスイッチ（多くは L3 スイッチ）をネットワーク中心に配置します。Root Bridge は Bridge ID （Bridge Priority＋System ID＋MAC Address）が最も低いスイッチに自動選出されます。Backup Root Bridge は次に低い Bridge Priority を持つスイッチが担当します。

ネットワークダイアメータ

STP・RSTP では「Max Age」をネットワーク直径（最長のカスケード接続数）に合わせて調整する必要があります。RSTP ではこの値が BPDU のホップ数制限として使用されます。Max Age は Root Bridge（および予備の Backup Root Bridge）で設定すればネットワーク全体へ反映されます。既定値は 20（6〜20 の範囲）です。

ポートロール（Port Roles）

RSTP トポロジでは各ポートは “Root Port”、“Designated Port”、“Alternate Port”、“Backup Port” の 4つの役割のいずれかを持ちます。

Root Port

Root Bridge へ最もコストの低いパスを持つポートです。スイッチごとに 1 つだけ存在します（Root Bridge を除く）。スイッチは Root Path Cost・Bridge ID・Port ID に基づいて Root Port を決定します。

Designated Port

リンク上でトラフィックを Forward（転送）できる唯一のポートです。Root Path Cost が低いスイッチ側のポートが Designated Port となります。

Alternate Port

バックアップ用の経路となるポート。ループ防止のため転送は行いません（Blocking 状態）。

Backup Port

同一スイッチ内で冗長接続されたポートのうち、Designated Port にならなかった側のポートです。

Path Cost / Port Priority

Path Cost はリンク速度により自動設定されます。ルート選定を調整したい場合は手動で Port Priority や Path Cost を変更することも可能です。

Point-to-Point Link / Edge Port

RSTP は Point-to-Point Link（全二重リンク）を高速収束の前提とします。古い STP と接続する可能性のある “Shared” ポートの場合は自動的に切り替わります。ホスト接続ポートは Edge Port として設定することで不要なトポロジ通知を抑えられます。