STP

スパニングツリープロトコル（Spanning Tree Protocol）は、IEEE 802.1Dで定義される複数のスイッチで構成される LAN のループ状態を回避するためのデータリンク層のプロトコルです。

• スイッチによる冗長ネットワークでループを防止する
• ブロードキャストストーム（レイヤ2ループ）を防止する
• リンク障害時に経路を自動で切り替える

機能	説明
Port Fast	スパニングツリーの計算をせず即座にデータの送受信を可能にする
Uplink Fast	直接的な障害の収束を早める
Backbone Fast	間接的な障害の収束を早める
ルートガード	上位のBPDUを受信したポートを使用不能にすることで想定外のスイッチがルートブリッジになってしまうことを防ぐ。
BPDUガード	BPDUを受信したポートを使用不能にすることでスイッチの誤接続を防ぐ

BPDU

スイッチ間で情報をやり取りする際の管理用のフレームをBPDU （Bridge Protocol Data Unit）といいます。

＜BPDUに含まれる主な情報＞

• ルートID（ルートブリッジのブリッジID）
• ブリッジID（自身のブリッジID）
• パスコスト（ルートブリッジに至るまでのルートパスコスト）
• ポートID（自身のポートID）
• Helloタイム（BPDUの送信間隔）

ブロッキングポートの選出方法

STPでは一部のポートをブロックすることによってループを防ぎます。そのブロッキングポートの決定方法は以下の通りです。最後に残ったのがブロッキングポートです。

1. ルートブリッジの選出
   
2. ルートポートの選出
   
3. 指定ポートの選出
   
4. ブロッキングポートの選出
   

1.ルートブリッジの選出

• ツリー構造の起点となる中心のスイッチをルートブリッジといいます。
• ブリッジIDを比較し最も低い値のスイッチがルートブリッジとなります。

ブリッジID

前半2バイト	後半6バイト
プライオリティ（優先度）	MACアドレス

2.ルートポートの選出

ルートポートとはルートブリッジまでの最短のパスコストを持つポートのことです。

パスコストはポートの帯域幅によって決められており、通信速度が早いほど小さくなります。

【パスコストのデフォルト値】

略	リンクの帯域幅	パスコスト値
E	10Gbps	2
	1Gbps	4
Fa	100Mbps(Fast Ethernet)	19
	10Mbps	100

＜ルートポート選出方法＞

1. 累計のパスコストが最も小さいポート
2. 送信元ブリッジIDが最も小さいBPDUを受け取ったポート
3. 送信元ポートIDが最も小さいBPDUを受け取ったポート

3.指定ポートの選出

スイッチ間の範囲（セグメント）で上位のBPDUを送信するポートが指定ポート（Designated Port）です。

ルートポートの向側は指定ポートになると考えてよいです。ルートブリッジは全て指定ポートになります。

ポートロール	ステータス	選出	説明
ルートポート （RP）	フォワーディング	非ルートブリッジに1つ	ルートブリッジに最も近いポート
指定ポート （DP）	フォワーディング	各セグメントに1つ	ルートブリッジに最も近いスイッチのポート
非指定ポート （NDP）	ブロッキング	RP/DPに選出されなかったポート	データフレームの送受信をしない（BPDU）の受診は行う

ポートの状態遷移とタイマー

状態	内容	MACアドレスの学習	フレームの転送
Disable	シャットダウン状態または障害などにより無効になっている状態。	不可	不可
Blocking	BPDUは受信する。初期や非指定ポートはこの状態になる。	不可	不可
Listening	BPDUを受信し、各ポートの役割を決定している状態。	不可	不可
Learning	BPDUを送受信している状態。MACアドレスを学習している。	可	不可
Forwarding	データ転送可能な状態	可	可

タイマー	内容
Hello	スイッチは2秒ごとにBPDUを送信する。ルートブリッジ決定後、各スイッチはルートブリッジからのBPDUを受け取り、それをもとにBPDU作成して下流のスイッチに送信する。
最大エージ	最後に受け取ったBPDUを保持する時間。デフォルトで20秒。
転送遅延	リスニングとラーニングの状態に留まる時間。デフォルトで15秒。

	コンバージェンスにかかる時間
直接的な障害	15（転送遅延）×　2　＝　30
間接的な障害	15（転送遅延）×　2　＋　20（最大エージタイム） ＝　50

Port Fast

• リスニング状態とラーニング状態を経由せずにフォワーディング状態になり、通信が可能になります。
• PCなどのデバイスが接続されるポートにPort Fastの設定ができます。
• Cisco独自
• スイッチで設定するとループの原因になってしまう
• ※PCの電源オンオフで発生するトポロジ変更通知を抑制します。

BPDUガード

BPDUガードはPort Fastが有効なポートでBPDU（Bridge Protocol Data Unit）と呼ばれるフレームを受信したとき、そのポートを無効（err-disabled）にする機能です。

PortFastは、PCやサーバなどのエンドデバイスを接続しているポートに設定することが前提です。BPDUは間違ったポートにPortFastを設定した場合ループが発生するのを回避します。

ルートガード

上位のBPDU（現在のルートブリッジよりもブリッジIDの小さいBPDU）を受信したポートを使用不能にすることで想定外のスイッチがルートブリッジになってしまうことを防ぐ。

RSTP

RSTP（ Rapid Spanning Tree Protocol ）

• STPを改良して高速収束を実現したプロトコルです（RSTPは数秒でコンバージェンス、STPは最大50秒）。
• STPはIEEE802.1Dで標準化されてRSTPはIEEE802.1Wで標準化されたプロトコルです。
• 正確には rapid-PVST+ として動作するモード。

STP	RSTP
ルートポート（RP）	ルートポート（RP）
指定ポート（DP）	指定ポート（DP）
非指定ポート	代替ポート（RPの予備） バックアップポート（DPの予備）

RSTPでは、スイッチと接続していないポートをエッジポートと呼び、即時、フォワーディング状態へ移動します。

エッジポートでBPDUを受信すると、エッジポートを解除して標準ポートになります。

STP	RSTP	MACアドレス学習	データ転送
ブロッキング	ディスカーディング	しない	しない
リンニング	ディスカーディング	しない	しない
ディセーブル	ディスカーディング	しない	しない
ラーニング	ラーニング	する	しない
フォワーディング	フォワーディング	する	する

シェアードリンク	STPタイマーを使った収束
ポイントツーポイントリンク	STPタイマーに依存しない高速収束

CST

CST（Common Spanning Tree）では複数のVLANを1つのSTPで管理する。

PVST+

• PVST（Per VLAN Spanning Tree）はCisco独自です。
• STP構成をVLANごとに構築できる
• PVSThとランキングプロトコルのISLのみの対応だったが、PVST+ではIEEE802.1Qでも使用可能になりました。
• VLANごとで任意のスイッチをルートブリッジにできます。
• Ciscoスイッチにおけるデフォルトのスパニングツリーは、PVST+になります。
• 拡張システムIDを使用します。
  （VLANごとに動作するので、ブリッジプライオリティとMACアドレスだけではVLANごとのSTPを識別できないため）

機能	デフォルト設定
スパニングツリーモード	PVST＋（ Rapid PVST+ と MSTP はディセーブル ）
スイッチプライオリティ値	32768（VLAN単位で設定可能 ）
ポートプライオリティ値	128（ ポート単位で設定可能 ）
ポートコスト値	4（1000Mbps）　19（100Mbps）　100（10Mbps）
VLANポートプライオリティ値	128（ポート単位で設定可能）
VLANポートコスト値	4（1000Mbps）　19（100Mbps）　100（10Mbps）
STPタイマー ： Helloタイム	2秒
STPタイマー ： Forward-delayタイム	15秒
STPタイマー ： Max-ageタイム	20秒
STPタイマー ： 転送保留カウント	6BPDU
スパニングツリーインスタンス ( 変更不可 )	128（ PVST+, Rapid PVST+ ）
最大ホップカウント	20（ MSTPのみ ）

STPのコマンド

show spanning-tree vlan [VLAN]を指定すると、そのVLANだけのSTPの状態が表示されます。