Qu'est-ce que Spanning Tree Protocol (STP) ?

Protocole (IEEE 802.1D) qui, dans un réseau où les commutateurs sont reliés par des chemins redondants, bloque logiquement certains ports pour que les chemins forment un arbre sans boucle, ce qui empêche les tempêtes de diffusion. Si un chemin utilisé tombe en panne, il bascule en mettant en service un port bloqué. RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) en est une version améliorée qui bascule plus vite.

Nom japonais: スパニングツリープロトコル(STP)

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Domaine: Conception et exploitation des réseaux

Pourquoi les boucles posent problème

Les trames Ethernet n'ont pas de mécanisme comparable au TTL d'IP, qui compte les sauts et détruit la trame. Si des commutateurs sont reliés en boucle, les diffusions et les trames destinées à des adresses inconnues tournent sans fin et se multiplient chaque fois qu'un commutateur les inonde (tempête de diffusion, broadcast storm). Des trames d'une même source arrivent en outre sur des ports différents, ce qui perturbe l'apprentissage des adresses MAC. En même temps, les chemins doivent être redondants pour que la panne d'une liaison ou d'un commutateur n'interrompe pas les communications ; on utilise donc STP pour rompre la boucle logiquement tout en conservant la boucle physique.

Le pont racine et les rôles des ports

En STP, les commutateurs échangent des messages appelés BPDU et élisent d'abord comme pont racine (root bridge) le commutateur dont l'identifiant de pont (priorité et adresse MAC) est le plus petit. Chaque autre commutateur fait du port de plus faible coût de chemin vers le pont racine son port racine. Sur chaque liaison, le port situé du côté le plus proche du pont racine devient le port désigné, et les ports qui ne sont ni port racine ni port désigné sont bloqués. Plus une liaison est rapide, plus son coût de chemin est faible, et les égalités sont départagées en comparant les identifiants de pont et des valeurs analogues.

RSTP et VLAN multiples

Le STP classique fait passer les ports à l'état de transmission en attendant l'expiration de temporisateurs, si bien que le basculement après une panne prenait environ 30 à 50 secondes. RSTP (créé sous le nom IEEE 802.1w, puis intégré à 802.1D) utilise un échange de proposition et d'accord entre commutateurs voisins ainsi que des ports alternatifs choisis à l'avance, et bascule dans bien des cas en quelques secondes. MSTP (Multiple Spanning Tree), qui peut construire un arbre distinct pour chaque groupe de VLAN, permet à des VLAN différents d'emprunter des liaisons différentes, si bien que les liaisons redondantes sont elles aussi mises à profit.

S'entraîner : questions sur Spanning Tree Protocol (STP)

Dans un réseau où les commutateurs sont reliés par des chemins redondants, quel rôle joue le Spanning Tree Protocol (STP) ?

  1. AIl désactive logiquement certains ports pour que les chemins forment un arbre sans boucle, ce qui empêche les trames de diffusion de circuler indéfiniment
  2. BIl répartit les trames de façon égale sur plusieurs liaisons entre commutateurs pour augmenter la bande passante
  3. CIl relaie les trames entre VLAN différents pour que les VLAN puissent communiquer entre eux
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Réponse : A. Il désactive logiquement certains ports pour que les chemins forment un arbre sans boucle, ce qui empêche les trames de diffusion de circuler indéfiniment

Si des commutateurs sont reliés en boucle, les diffusions et les trames destinées à des adresses inconnues tournent sans fin dans la boucle en se multipliant (tempête de diffusion, broadcast storm), et le réseau cesse de fonctionner. Cela vient de ce que les trames Ethernet n'ont pas de mécanisme comparable au TTL d'IP, qui compte les sauts et détruit la trame. STP fait échanger aux commutateurs des messages appelés BPDU et bloque certains ports pour que les chemins actifs forment un arbre dont la racine est le pont racine (root bridge). Si une liaison utilisée tombe en panne, il fait passer un port bloqué à l'état de transmission (forwarding) pour basculer sur un autre chemin.

En STP, on connaît les identifiants de pont de 3 commutateurs : SW1 a la priorité 32768 et l'adresse MAC 00-00-5E-00-53-01, SW2 la priorité 61440 et l'adresse MAC 00-00-5E-00-53-05, et SW3 la priorité 4096 et l'adresse MAC 00-00-5E-00-53-0A. Quel commutateur est élu pont racine ?

  1. ASW1
  2. BSW2
  3. CSW3
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Réponse : C. SW3

En STP, le commutateur dont l'identifiant de pont (bridge ID) est le plus petit devient le pont racine. L'identifiant de pont place la priorité dans la partie haute et l'adresse MAC dans la partie basse : on compare donc d'abord les priorités, et les adresses MAC seulement si les priorités sont égales. Ici, SW3, dont la priorité de 4096 est la plus petite, devient le pont racine quelle que soit son adresse MAC. La priorité par défaut est de 32768 ; si rien n'est configuré, c'est le commutateur à l'adresse MAC la plus petite qui est choisi, et il est donc d'usage de donner une priorité plus faible au commutateur placé au centre du réseau.

Questions fréquentes

Avec STP, n'a-t-on plus à se soucier des boucles ?

STP empêche les boucles formées entre commutateurs qui échangent des BPDU, mais pas celles qui passent par des ports où STP est désactivé ou par des équipements qui ne traitent pas les BPDU. On le combine couramment avec une fonction qui désactive un port de terminal dès qu'il reçoit une BPDU et avec une limitation du volume de trafic de diffusion.

Les liaisons bloquées par STP ne sont-elles pas gaspillées ?

Avec un seul arbre, les liaisons bloquées restent en attente et ne transportent normalement aucun trafic. Pour exploiter aussi leur bande passante, les réseaux utilisent l'agrégation de liens, qui regroupe plusieurs liaisons en une seule (STP la voit comme une seule liaison), MSTP, qui construit un arbre distinct par groupe de VLAN, ou des architectures qui routent en couche 3.

« Spanning Tree Protocol (STP) » dans les explications

Questions mentionnant « Spanning Tree Protocol (STP) » (5)

  1. Dans un réseau où les commutateurs sont reliés par des chemins redondants, quel rôle joue le Spanning Tree Protocol (STP) ?
  2. En STP, on connaît les identifiants de pont de 3 commutateurs : SW1 a la priorité 32768 et l'adresse MAC 00-00-5E-00-53-01, SW2 la priorité 61440 et l'adresse MAC 00-00-5E-00-53-05, et SW3 la priorité 4096 et l'adresse MAC 00-00-5E-00-53-0A. Quel commutateur est élu pont racine ?
  3. 3 commutateurs, SW1, SW2 et SW3, sont reliés en triangle par une liaison entre chaque paire. Le pont racine STP est SW1, et SW2 a un identifiant de pont plus petit que SW3. Toutes les liaisons ont le même coût de chemin. Quel port est bloqué (ne transmet pas de trames) ?
  4. Avec les temporisateurs par défaut, le STP classique (IEEE 802.1D) met environ 30 à 50 secondes après une panne avant qu'un port jusque-là bloqué commence à transmettre. Quel mécanisme permet à RSTP de basculer plus vite ?
  5. 4 liaisons de 1 Gbit/s entre deux commutateurs sont regroupées en une seule liaison logique par agrégation de liens. Les trames sont réparties selon la méthode courante qui choisit la liaison pour chaque combinaison d'adresses source et destination et de numéros de port (chaque flux). Quelle valeur est la plus proche du débit maximal qu'une seule connexion TCP peut atteindre ?

Comparatifs incluant ce terme

Termes associés

Ethernet IP (protocole Internet) Adresse MAC Agrégation de liens Numéro de port Débit (throughput) TCP (Transmission Control Protocol) ACL (liste de contrôle d'accès) Agrégation de routes (route summarization) BGP (Border Gateway Protocol)

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