第18回　スパニングツリープロトコル、動作の仕組み

齋藤理恵（グローバル ナレッジ ネットワーク）
2009/4/21

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■スパニングツリープロトコルの動作

　スパニングツリープロトコルは、まずルートブリッジを選定します。ルートブリッジとは複数のスイッチの中で代表になるスイッチです。スパニングツリープロトコルによって、ルートブリッジを中心としたループのないネットワークに再構成します。このルートブリッジ選定後、ルートポート、指定ポート、非指定ポート（ブロック状態）を決定していきます。計算された結果、ルートブリッジから最も遠いと判断されたポートが非指定（ブロック状態）ポートとなります。それ以外のポートは転送状態です。

　これらの決定には、スイッチ間で「BPDU」というフレームを2秒ごとに交換します。BPDUには、8バイトの「ブリッジID」（プライオリティ2バイト＋MACアドレス6バイト）、「パスコスト」などの情報が含まれます。ルートブリッジの決定にはブリッジIDを使用し、非指定ポート決定までのプロセスにはパスコストを使用します。

　非指定ポート決定までのプロセスは以下のとおりです（図3）。

●ルートブリッジの選定

　ブリッジIDが最小のスイッチ

●ルートポートの選定

　非ルートブリッジでルートブリッジまでのパスコストが最小のポート（パスコストはIEEEで、以下の表のように決まっています）

帯域幅	コスト
10Gbps	2
1Gbps	4
100Mbps	19
10Mbps	100

※パスコストが同じ場合はブリッジIDが最小のスイッチが優先

●指定ポートの選定

　　各セグメントにおいてルートブリッジまでのパスコストが最小のポート

※ルートブリッジのポートはパスコスト「0」

●非指定ポートの選定

　　ルートポート、指定ポートにもなれなかったポート

図3　ルートブリッジ、各ポートの役割決定

●スパニングツリープロトコルのポートの状態

　スイッチの電源投入時、またネットワークのトポロジに変化があるとスパニングツリープロトコルの計算が行われます。このときポートの状態が遷移していきます。

●ブロック状態

　スイッチの電源投入時はブロック状態です。ブロック状態のポートはループを回避するためにユーザーフレームの送受信を行いません。ただし、障害検出用にBPDUの受信のみ行います。

●リスニング状態

　BPDUを聞いて、ルートブリッジ、ルートポート、指定ポートの計算を行います。BPDUの送受信は行えますがユーザーフレームの送受信は行えません。

●ラーニング状態

　MACアドレステーブル未登録によるフラッディングを減らす目的で、MACアドレスの学習が行えます。BPDUの送受信と、ユーザーフレームの受信のみ行えます。

●フォワーディング状態

　BPDU送受信、ユーザーフレームの送受信が行えます。

　スパニングツリーが収束すると最終的にポートはブロック状態がフォワーディング状態となります。またこれらのポートのタイマーは以下のとおりです。

・ブロック状態　⇒　リスニング状態（最大エージタイマー：20秒）
・リスニング状態　⇒　ラーニング状態（転送遅延タイマー：15秒）
・ラーニング状態　⇒　フォワーディング状態（転送遅延タイマー：15秒）

　スパニングツリーが収束するまでに、30〜50秒かかります。

確認問題2

問題

　ルートブリッジとして選出されるスイッチを選択しなさい。

a．パスコストが最小のスイッチ
b．ブリッジIDが最小のスイッチ
c．ブリッジIDが最大のスイッチ
d．パスコストが最大のスイッチ
e．ランダムに選出される

正解

　b

解説

　ルートブリッジは最小のブリッジIDを持っているスイッチが選出されます。従って選択肢bが正解です。選択肢cは最大ではなく、最小のブリッジIDが正解です。選択肢aはルートポート、指定ポート選出に使用されます。選択肢dは選択基準にありません。選択肢eはランダムには選出されません。

確認問題3

問題

　ルートブリッジ、各ポートの役割を決定している状態を選択しなさい。

a．フォワーディング状態
b．ブロック状態
c．リスニング状態
d．ラーニング状態
e．ディセーブル状態

正解

　c

解説

　リスニング状態のとき、BPDUを聞いてルートブリッジ、ルートポート、指定ポート、非指定ポートの選定を行っています。従って選択肢cが正解です。

　選択肢aは、すでに役割が決定しユーザーフレームの転送が行える状態です。選択肢bは、障害検出のためBPDUの受信のみが行えます。選択肢dはフラッディングを回避するためMACアドレスの学習が行える状態です。選択肢eは管理者が意図的にポートをシャットダウンしている状態です。

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筆者プロフィール

齋藤理恵（さいとうりえ） グローバル ナレッジ ネットワーク ソリューション本部に在籍。Cisco認定トレーナー。トレーナー暦は11年。マイクロソフト、サン・マイクロシステムズ、シスコシステムズなどIT業界でトレーナーとして活動。現在は、グローバル ナレッジ ネットワークで、Cisco認定トレーニングコース（CCNA、CCNP）、ネットワーク系オリジナルコースを中心に講師を担当している。グローバル ナレッジ ネットワーク講師寄稿記事一覧はこちら。

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