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스패닝 트리 프로토콜 개요
스패닝 트리 프로토콜의 작동 방식
이더넷 네트워크는 루프가 도입될 경우 브로드캐스트 스톰에 취약합니다. 그러나 이더넷 네트워크는 링크 장애 시 중복 경로를 제공하기 때문에 루프를 포함해야 합니다. 스패닝 트리 프로토콜은 링크 중복을 제공하는 동시에 바람직하지 않은 루프를 방지하기 때문에 이 두 가지 문제를 모두 해결합니다.
주니퍼 네트웍스 디바이스는 스패닝 트리 프로토콜(STP), 빠른 스패닝 트리 프로토콜(RSTP), 다수 스패닝 트리 프로토콜(MSTP) 및 VLAN 스패닝 트리 프로토콜(VSTP)을 통해 레이어 2 루프 방지 기능을 제공합니다. RSTP는 이더넷 네트워크에서 루프를 방지하기 위한 기본 스패닝 트리 프로토콜입니다.
이 주제는 다음에 대해 설명합니다.
- 스패닝 트리 프로토콜 사용의 이점
- 브로드캐스트 스톰을 방지하는 데 도움이 되는 스패닝 트리 프로토콜
- 루트 브리지 및 지정 브리지 선택을 위한 브리지 우선 순위 이해하기
- 포트 역할은 스패닝 트리에서 참여를 결정합니다
- 포트 상태는 포트가 프레임을 처리하는 방법을 결정합니다
- 에지 포트는 스패닝 트리의 일부가 될 수 없는 장치에 연결됩니다
- BPDU는 스패닝 트리를 유지합니다
- 루트 브리지가 실패하는 경우
- 디바이스는 링크 장애 후 MAC 주소를 다시 학습해야 함
스패닝 트리 프로토콜 사용의 이점
스패닝 트리 프로토콜에는 다음과 같은 이점이 있습니다.
링크 이중화 제공과 동시에 바람직하지 않은 루프 방지
브로드캐스트 스톰 방지
에지 포트를 사용하여 다른 스위치에 연결되지 않은 PC, 서버, 라우터 또는 허브와 같이 STP를 지원하지 않는 디바이스에 연결합니다
브로드캐스트 스톰을 방지하는 데 도움이 되는 스패닝 트리 프로토콜
스패닝 트리 프로토콜은 트리 루트와 리프 사이에 사용 가능한 경로가 하나뿐인 전체 브리징 네트워크의 트리 토폴로지(스패닝 트리)를 생성하여 네트워크의 루프를 지능적으로 방지합니다. 다른 모든 경로는 강제로 대기 상태로 전환됩니다. 트리 루트 는 네트워크 전체의 브리지와 루트 브리지 간의 최적 경로를 계산할 때 사용하기 위해 STA(스패닝 트리 알고리즘)에 의해 선택된 네트워크 내의 스위치입니다. 프레임은 브랜치를 따라 네트워크와 최종 사용자 PC와 같은 리프 인 목적지로 이동합니다. 나 뭇가지 는 브리지 사이의 네트워크 세그먼트 또는 링크입니다. STP 스패닝 트리를 통해 프레임을 전달하는 스위치를 지정 브리지라고 합니다.
ELS(Enhanced Layer 2 Software) 구성 스타일을 지원하는 EX 시리즈 및 QFX 시리즈 스위치용 Junos OS를 사용하는 경우, force-version을 설정하여 RSTP 또는 VSTP 대신 원래 IEEE 802.1D 스패닝 트리 프로토콜(STP) 버전을 강제로 실행할 수 있습니다.
루트 브리지 및 지정 브리지 선택을 위한 브리지 우선 순위 이해하기
브리지 우선순위를 사용하여 루트 브리지로 선택되는 브리지를 제어하고 초기 루트 브리지가 실패할 때 루트 브리지로 선택되는 브리지를 제어합니다.
각 스패닝 트리 프로토콜 인스턴스에 대한 루트 브리지는 브리지 ID에 의해 결정됩니다. 브리지 ID는 구성 가능한 브리지 우선 순위와 브리지의 MAC 주소로 구성됩니다. 브리지 ID가 가장 낮은 브리지가 루트 브리지로 선택됩니다. 브리지 우선 순위가 동일하거나 브리지 우선 순위가 구성되지 않은 경우 MAC 주소 가장 낮은 브리지가 루트 브리지로 선택됩니다.
브리지 우선 순위는 LAN 세그먼트의 지정된 브리지가 되는 브리지를 결정하는 데에도 사용할 수 있습니다. 두 브릿지의 루트 브릿지에 대한 경로 비용이 동일한 경우 브릿지 ID가 가장 낮은 브릿지가 지정된 브릿지가 됩니다.
브리지 우선 순위는 4096 단위로만 설정할 수 있습니다.
포트 역할은 스패닝 트리에서 참여를 결정합니다
각 포트에는 역할과 상태가 모두 있습니다. 포트의 역할은 스패닝 트리에 참여하는 방법을 결정합니다. RSTP에서 사용되는 5가지 포트 역할은 다음과 같습니다.
루트 포트 - 루트 브리지에 가장 가까운 포트입니다(브리지의 경로 비용이 가장 낮음). 이 포트는 루트 브리지에서 프레임을 수신하고 루트 브리지로 프레임을 전달하는 유일한 포트입니다.
Designated port(지정된 포트) - 루트 브리지에서 리프로 트래픽을 전달하는 포트입니다. 지정된 브리지에는 해당 브리지가 제공하는 모든 링크 연결에 대해 하나의 지정된 포트가 있습니다. 루트 브리지는 지정된 포트 역할을 하는 모든 포트에서 프레임을 전달합니다.
Alternate port(대체 포트) - 루트 포트가 실패하고 폐기 상태로 전환되는 경우 루트 브리지로의 대체 경로를 제공하는 포트입니다. 이 포트는 활성 스패닝 트리의 일부가 아니지만 루트 포트에 장애가 발생하면 대체 포트가 즉시 인계됩니다.
Backup port(백업 포트) - 지정된 포트에 장애가 발생하여 폐기 상태가 될 경우 스패닝 트리의 리프를 향해 백업 경로를 제공하는 포트입니다. 백업 포트는 두 개 이상의 브리지 포트가 해당 브리지가 지정된 브리지 역할을 하는 동일한 LAN에 연결되는 경우에만 존재할 수 있습니다. 지정된 포트에 장애가 발생하면 백업 포트가 즉시 인계됩니다.
Disabled port(비활성화된 포트) - 포트가 활성 스패닝 트리의 일부가 아닙니다.
포트 상태는 포트가 프레임을 처리하는 방법을 결정합니다
각 포트에는 상태와 역할이 모두 있습니다. 포트의 상태에 따라 포트가 프레임을 처리하는 방법이 결정됩니다. RSTP는 지정된 브리지의 각 포트를 다음 세 가지 상태 중 하나에 배치합니다.
Discarding(버리기) - 포트가 모든 BPDU를 삭제합니다. 이 상태의 포트는 수신한 모든 프레임을 폐기하고 MAC 주소를 학습하지 않습니다.
학습 - 포트는 MAC 주소 테이블을 구축하기 위해 수신된 프레임에서 위치 정보를 검사하여 트래픽을 포워딩할 준비를 합니다.
Forwarding(포워딩) - 포트가 프레임을 필터링하고 포워딩합니다. 포워딩 상태의 포트는 활성 스패닝 트리의 일부입니다.
에지 포트는 스패닝 트리의 일부가 될 수 없는 장치에 연결됩니다
또한 스패닝 트리는 에지 포트의 개념을 정의합니다. 에 지 포트는 다른 스위치에 연결되지 않은 PC, 서버, 라우터 또는 허브와 같이 STP를 지원하지 않는 장치에 연결하는 지정 포트입니다. 에지 포트는 엔드 스테이션에 직접 연결되기 때문에 네트워크 루프를 생성할 수 없으며 즉시 포워딩 상태로 전환할 수 있습니다. 에지 포트를 수동으로 구성할 수 있으며, 스위치는 엔드 스테이션의 통신 부재를 파악하여 에지 포트를 탐지할 수도 있습니다.
에지 포트 자체는 BPDU(브리지 프로토콜 데이터 단위)를 스패닝 트리로 전송합니다. 네트워크에 미치는 영향을 잘 이해하고 있다면 에지 포트 인터페이스에서 RSTP를 수정할 수 있습니다.
BPDU는 스패닝 트리를 유지합니다
스패닝 트리 프로토콜은 BPDU(Bridge Protocol Data Unit)라는 프레임을 사용하여 스패닝 트리를 생성하고 유지합니다. BPDU 프레임은 브리지 ID, 루트 경로 비용, 포트 MAC 주소 등 자신에 대한 정보를 전달하기 위해 한 스위치에서 다른 스위치로 전송되는 메시지입니다. 스위치 간 BPDU의 초기 교환이 루트 브리지를 결정합니다. 동시에 BPDU는 포트 속도 또는 사용자 구성을 기반으로 브랜치 디바이스 간에 각 링크의 비용을 전달하는 데 사용됩니다. RSTP는 이 경로 비용을 사용하여 데이터 프레임이 한 리프에서 다른 리프로 이동하는 데 이상적인 경로를 결정한 다음 다른 모든 경로를 차단합니다. 에지 포트가 BPDU를 수신하면 자동으로 일반 RSTP 포트로 전환됩니다.
네트워크가 안정적인 상태일 때 스패닝 트리 알고리즘(STA)이 루트 브리지와 지정된 브리지를 모두 식별하고 모든 포트가 포워딩 또는 차단 상태에 있을 때 스패닝 트리가 통합됩니다. 트리를 유지하기 위해 루트 브리지는 hello 시간 간격(기본값 2초)으로 BPDU를 계속 전송합니다. 이러한 BPDU는 현재 트리 토폴로지를 계속 통신합니다. 포트가 hello BPDU를 수신하면 해당 정보를 수신 포트에 대해 이미 저장된 정보와 비교합니다. 스위치가 BPDU를 수신하면 다음 세 가지 작업 중 하나가 발생합니다.
BPDU 데이터가 MAC 주소 테이블의 기존 항목과 일치하는 경우 포트는 max age 라는 타이머를 0으로 재설정한 다음 현재 활성 토폴로지 정보가 포함된 새 BPDU를 스패닝 트리의 다음 포트로 전달합니다.
BPDU의 토폴로지가 변경된 경우 MAC 주소 테이블에서 정보가 업데이트되고 최대 사용 기간이 다시 0으로 설정되며 새 BPDU가 현재 활성 토폴로지 정보와 함께 스패닝 트리의 다음 포트로 전달됩니다.
포트가 hello BPDU를 세 번 수신하지 않고 포트가 루트 포트인 경우 스패닝 트리의 완전한 재작업이 발생합니다( 루트 브리지가 실패하는 경우 참조). 반면, 브리지가 루트가 아닌 브리지인 경우 RSTP는 연결된 디바이스가 BPDU를 전송할 수 없음을 탐지하고 해당 포트를 에지 포트로 변환합니다.
루트 브리지가 실패하는 경우
루트 포트에 대한 링크가 다운되면 TCN(Topology Change Notification)이라는 플래그가 BPDU에 추가됩니다. 이 BPDU가 VLAN의 다음 포트에 도달하면 MAC 주소 테이블이 플러시되고 BPDU가 다음 브리지로 전송됩니다. 결국 VLAN의 모든 포트는 MAC 주소 테이블을 플러시했습니다. 그런 다음 RSTP는 새로운 루트 포트를 구성합니다.루트 포트 또는 지정된 포트에 장애가 발생하면 제안-계약 핸드셰이크라고 하는 BPDU 교환 후 대체 또는 백업 포트가 인계됩니다. RSTP는 한 포트를 다른 포트로 연결하는 두 네트워크 노드 또는 스위치 간의 전용 링크인 포인트 투 포인트 링크를 통해 이 핸드셰이크를 전파합니다. 로컬 포트가 새로운 루트 또는 지정된 포트가 되면 루프 없는 토폴로지를 보장하기 위해 제안-계약 핸드셰이크를 사용하여 가장 가까운 이웃 스위치의 수신 포트와 신속한 전환을 협상합니다.
디바이스는 링크 장애 후 MAC 주소를 다시 학습해야 함
링크 장애로 인해 관련된 모든 포트가 MAC 주소 테이블을 플러시하기 때문에 MAC 주소를 다시 학습하기 위해 플러딩할 때 네트워크가 느려질 수 있습니다. 이 재학습 과정의 속도를 높일 수 있는 방법이 있습니다. TCN 전파 중에 스위치의 레이어 2 포워딩 테이블이 플러시되어 데이터 패킷이 플러딩됩니다. ARP(Address Resolution Protocol) 기능을 사용하면 스위치가 ARP 캐시의 IP 주소에 대한 ARP 요청을 사전에 전송합니다(레이어 3 VLAN 인터페이스 때문에 존재함). STP에서 ARP가 활성화된 상태에서 응답이 전달되면 스위치는 레이어 2 포워딩 테이블을 구축하여 나중에 플러딩을 제한합니다. STP에서 ARP를 활성화하는 것은 RVI를 사용하는 대규모 레이어 2 네트워크에서 과도한 플러딩을 방지하는 데 가장 유용합니다.
ARP 기능은 ELS(Enhanced Layer 2 Software) 구성 스타일을 지원하는 EX 시리즈 스위치용 Junos OS에서는 사용할 수 없습니다.
참조
스패닝 트리 프로토콜 선택
스패닝 트리 프로토콜을 선택할 때 다음 두 가지 기본 질문을 고려하십시오.
어떤 STP 기능이 필요한가요?
어떤 스위치 또는 라우터를 사용할 것인가?
스패닝 트리 기능 비교
표 1 에는 스패닝 트리 프로토콜 STP, RSTP, MSTP 및 VSTP 간의 차이점이 설명되어 있습니다.
| 프로토콜 | 장점 | 단점 |
|---|---|---|
증권 시세 표시기 |
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팁:
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팁:
RSTP가 원래 STP 버전으로 강제 실행된 경우 강제 IEEE 802.1D STP에서 RSTP 또는 VSTP로 복귀하여 RSTP로 되돌릴 수 있습니다. |
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증권 시세 표시기 |
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팁:
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증권 시세 표시기 |
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팁:
구성 문을 사용하여 어떤 논리적 인터페이스가 |
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VSTP (영문) |
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팁:
VSTP를 사용할 때는 VSTP 브리지 프로토콜 데이터 유닛(BPDU)을 수신할 수 있는 모든 VLAN에서 VSTP를 활성화하는 것이 좋습니다.
팁:
명령을 사용하여 VSTP를
팁:
스위치에서 VSTP가 지원하는 최대 VLAN 수는 ELS(Enhanced Layer 2 Software) 구성 스타일을 지원하는 EX 시리즈 및 QFX 시리즈 스위치용 Junos OS를 사용하는지 아니면 ELS를 지원하지 않는 Junos OS를 사용하는지에 따라 다릅니다. 동일한 네트워크에서 주니퍼 네트웍스 스위치를 VSTP와 함께 사용하고 Cisco 스위치를 PVST+ 및 Rapid-PVST+와 함께 사용할 수 있습니다. Cisco는 각 VLAN마다 별도의 스패닝 트리 인스턴스를 유지하는 독점적인 PVST(Per-VLAN Spanning Tree) 프로토콜을 지원합니다. VLAN당 하나의 스패닝 트리를 사용하면 세분화된 로드 밸런싱이 가능하지만 VLAN 수가 증가함에 따라 더 많은 BPDU CPU 처리가 필요합니다. PVST는 주니퍼가 지원하지 않는 Cisco 전용 ISL 트렁크에서 실행됩니다. 주니퍼 스위치는 PVST+ 및 Rapid-PVST+와만 상호 운용됩니다. |
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스패닝 트리 프로토콜은 모두 자체 BPDU를 생성합니다. PC에서 실행되는 사용자 브리지 애플리케이션도 BPDU를 생성할 수 있습니다. 스위치에서 실행 중인 STP 애플리케이션이 이러한 BPDU를 선택하면 STP 계산 오류를 트리거할 수 있으며, 이러한 계산 오류로 인해 네트워크가 중단될 수 있습니다. 스패닝 트리 인터페이스에서 BPDU 보호 구성을 참조하십시오.
모든 스패닝 트리 프로토콜(STP, MSTP, RSTP 및 VSTP)에 대한 인터페이스를 구성하는 경우, interface allvlan allvlan-group , 및 옵션은 family 옵션으로 flexible-vlan-tagging 인터페이스를 구성할 때 사용할 수 없습니다.
스위치 및 라우터 스패닝 트리 지원 및 제한 사항
모든 스위치와 라우터가 정확히 동일한 기능과 구성을 지원하는 것은 아닙니다. 알려진 차이점은 표 2에 나열되어 있습니다.
라우터 또는 스위치 |
고려 사항 |
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MX 시리즈 라우터 |
오직 MX 시리즈 라우터만이 가상 스위치 라우팅 인스턴스 유형을 사용하여 스패닝 트리 인스턴스와 LAN 세그먼트를 분리하고 VLAN ID 공간을 분리할 수 있습니다. MX 시리즈 라우터에서 가상 스위치 라우팅 인스턴스 구성을 참조하십시오 추적 및 전역 추적은 ACX 및 MX 라우터에서 전역 traceoptions 명령문으로 사용할 수 있습니다( 스패닝 트리 프로토콜 추적 옵션 이해 참조). 릴리스 14.1R1부터 이러한 STP 로그 개선 사항이 MX 시리즈 라우터에서 지원됩니다.
MX 및 ACX 라우터에서 RSTP, MSTP 및 VSTP 인스턴스 인터페이스를 에지 포트로 구성하여 원래 STP 버전보다 더 빠른 컨버전스를 제공할 수 있습니다. 에지 포트는 전달 상태로 직접 전환되므로 프로토콜은 에지 포트에서 BPDU가 수신될 때까지 기다릴 필요가 없습니다. 공급자 네트워크에서 RSTP 또는 MSTP를 실행하는 MX 시리즈 라우터에서 RSTP 또는 MSTP 인스턴스에서 공급자 브리지 참여를 활성화할 수 있습니다( RSTP 또는 MSTP 인스턴스에서 공급자 브리지 참여 이해 참조). |
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팁:
MX 시리즈 및 M Series 라우터에 있는 802.1ad 프로바이더 브리지 네트워크(스택 VLAN)의 경우 단일 스패닝 트리 컨텍스트에서 단일 태그 액세스 포트와 이중 태그 처리된 트렁크 포트가 공존할 수 있습니다. 이 모드에서 VLAN 스패닝 트리 프로토콜(VSTP)은 기가비트 이더넷(ge), 10기가비트 이더넷(xe) 및 어그리게이션 이더넷(ae) 인터페이스에서 태그가 지정되지 않은 RSTP(Rapid Spanning Tree Protocol) 브리지 프로토콜 데이터 유닛(BPDU)을 송수신할 수 있습니다. 태그 처리되지 않은 RSTP BPDU는 이중 태그 처리된 트렁크 포트를 통해 전송되는 태그 처리된 VSTP BPDU와 상호 운용됩니다. 이중 태그 지정은 인터넷 서비스 프로바이더가 이미 VLAN 태그가 지정된 클라이언트의 트래픽을 혼합하면서 내부적으로 VLAN을 사용할 수 있도록 하는 데 유용할 수 있습니다. |
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ACX 시리즈 라우터 |
MX 및 ACX 라우터에서 RSTP, MSTP 및 VSTP 인스턴스 인터페이스를 에지 포트로 구성하여 원래 STP 버전보다 더 빠른 컨버전스를 제공할 수 있습니다. 에지 포트는 전달 상태로 직접 전환되므로 프로토콜은 에지 포트에서 BPDU가 수신될 때까지 기다릴 필요가 없습니다. 추적 및 전역 추적은 ACX 및 MX 라우터에서 전역 traceoptions 명령문으로 사용할 수 있습니다( 스패닝 트리 프로토콜 추적 옵션 이해 참조). |
QFX 시리즈 스위치 |
STP 구성을 참조하십시오. 네트워크에 IEEE 802.1D 1998 브리지가 포함된 경우 RSTP를 제거하고 STP를 명시적으로 구성합니다( RSTP 또는 VSTP를 IEEE 802.1D STP로 실행하도록 강제 적용(CLI 절차) 참조). STP를 명시적으로 구성할 경우, QFX 시리즈 제품은 IEEE 802.1D 2004 사양, force 버전 0을 사용합니다. 이 컨피그레이션은 기존의 기본 STP와 호환되는 RSTP 버전을 실행합니다. 가상 LAN(VLAN)을 사용하는 경우 네트워크에서 VSTP를 활성화할 수 있습니다. QFX 시리즈에 제공되는 STP 지원에는 다음이 포함됩니다.
QFX 시리즈의 네트워크 측에서 RSTP(Rapid Spanning Tree Protocol)를 사용하면 기본 STP(스패닝 트리 프로토콜)보다 더 빠른 컨버전스 시간을 제공할 수 있습니다. RSTP는 특정 링크를 포인트 투 포인트로 식별합니다. 포인트 투 포인트 링크에 장애가 발생하면 대체 링크가 전송 상태로 전환되어 컨버전스 속도를 높일 수 있습니다. 인터페이스는 루트 보호 또는 루프 보호 중 하나에 대해 구성할 수 있지만 둘 다 구성할 수는 없습니다. ELS를 지원하는 Junos OS를 실행하는 EX 시리즈(EX9200 제외) 및 QFX 시리즈 스위치에서 VSTP는 최대 510개의 VLAN을 지원할 수 있습니다. EX 시리즈 또는 QFX 시리즈 스위치가 Rapid per VLAN 스패닝 트리(Rapid PVST+)를 실행하는 Cisco 디바이스와 상호 운용되는 경우, EX 시리즈 또는 QFX 시리즈 인터페이스에서 VSTP와 RSTP를 모두 활성화하는 것이 좋습니다. |
EX 시리즈 스위치 |
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팁:
EX 시리즈 스위치는 VSTP에서 최대 253개의 VLAN을 가질 수 있습니다. 따라서 가능한 한 많은 스패닝 트리 프로토콜 VLAN을 가지려면 VSTP와 RSTP를 모두 사용합니다. 그러면 RSTP는 VSTP에 대한 제한을 초과하는 VLAN에 적용됩니다. RSTP는 기본적으로 활성화되어 있으므로 VSTP를 추가로 활성화하기만 하면 됩니다. |
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큐패브릭 |
QFabric 시스템에서 STP를 실행할 필요는 없지만 QFabric 시스템을 다른 레이어 2 디바이스에 연결하고 STP를 사용할 수 있습니다. STP 트래픽은 네트워크 노드 그룹에서만 처리할 수 있습니다. 중복 서버 노드 그룹 및 서버 노드 그룹과 같은 다른 노드 그룹은 STP 브리지 프로토콜 데이터 유닛(BPDU) 트래픽을 폐기하고 인터페이스를 자동으로 비활성화합니다. 서버 노드 그룹은 호스트 지향 프로토콜만 처리하는 반면 네트워크 노드 그룹은 지원되는 모든 프로토콜을 처리합니다. |
SRX 시리즈 방화벽 |
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