スパニングツリープロトコル

スパニングツリープロトコルとは

スパニング ツリー プロトコル (STP) は、ネットワーク内のループを防ぎながら冗長パスを提供するレイヤ 2 のリンク管理プロトコルです。ネットワークのループは、エンドステーションが重複メッセージを受信し、ネットワークが不安定になる原因となります。STPは、スパニング ツリー アルゴリズムを使って、冗長接続されたネットワークの中で1つのスイッチをルートとして選び、各ポートに役割を割り当てて最適なループフリーパスを計算します。

BPDU

BPDUは、STPの実行において非常に重要な役割を果たします。これらのメッセージは、スイッチ間で送受信され、ネットワークトポロジーの情報を交換するために使用されます。BPDUを通じて、スイッチはネットワークの状態を把握し、ループを防ぐために適切なアクションを取ります。

BPDUの種類

主に2種類のBPDUがあります。

1. 構成BPDU（Configuration BPDU）: ネットワークトポロジーに関する情報（例えば、ルートブリッジのID、パスコストなど）を含む。これにより、スイッチはネットワーク内のルートブリッジを選定し、ポートの役割を決定します。
2. TCA（Topology Change Acknowledgement）BPDU: ネットワークトポロジーの変更を他のスイッチに通知するために使用されます。これにより、スイッチはトポロジーの変化（例：リンクの障害やリカバリなど）を認識し、適切な対応を行います。

BPDUの情報

BPDUにはいくつかの重要なフィールドが含まれています。

• ブリッジID: 送信元スイッチの識別子。通常、スイッチのMACアドレスとプライオリティ値から構成されます。
• ルートブリッジID: 現在のルートブリッジとして認識されているスイッチのID。
• パスコスト: ルートブリッジまでのコスト。これに基づいて最適なパスが決定されます。
• ポートID: BPDUを送信したポートのID。
• Message Age: BPDUがネットワーク内に存在している時間。

具体的にBPDUの情報を確認したい場合は、以下のページを参照ください。

パスコストの詳細

パスコスト（Path Cost）は、スパニングツリープロトコル（STP）において、スイッチ間の通信経路（パス）の「コスト」（コスト値）を計算するために使用されるメトリックです。STPは、このパスコストを使用して、ルートブリッジへの最も効率的なパスを選定し、ネットワーク内のループを防ぎながら最適な通信経路を確立します。

パスコストの役割

• ルートポートの選定: 各スイッチは、ルートブリッジに到達するための最短パスを持つポートを「ルートポート」として選びます。この選定にはパスコストが使用されます。
• 最適な経路の決定: パスコストは、スイッチとルートブリッジ間の全経路の合計コストを考慮し、最も低いコストの経路が最適なパスとして選ばれます。
• 負荷分散の最適化: STPは、パスコストを使用して冗長パスの中から最適な経路を選び、効率的な負荷分散を実現します。

パスコストの計算方法

パスコストは、各リンクの帯域幅に基づいて計算されます。一般的には、帯域幅が高いほどコストが低く、帯域幅が低いほどコストが高くなります。これにより、STPは高速なリンクを優先して選択するようになります。

1. デフォルトのパスコスト値

IEEE 802.1D標準に基づくSTPでは、以下のようなデフォルトのパスコスト値が使用されます（IEEE 802.1D-1998の短パスコスト値）：

これらの値は、リンクの速度に応じてSTPが自動的に設定するコストで、帯域幅が高くなるほどパスコストが低く設定されます。

2. 拡張パスコスト（IEEE 802.1t / 802.1w規格に基づく値）

より高い帯域幅をサポートするために、IEEE 802.1tや802.1w（RSTP – Rapid Spanning Tree Protocol）規格では、拡張パスコストが定義されています。以下は拡張パスコストの例です：

これらの拡張値により、非常に高帯域幅のリンクでもパスコストの差異を明確にし、効率的なルート選定が可能になります。