Spanning Tree Protokolü ve Çeşitleri

Spanning Tree Protokolü

Bu yazımda STP (spanning tree) protokolü nedir, STP çeşitleri nelerdir ve ağ döngülerine de kısaca değineceğim.

Kuruluşlarımız için bir ağ kurarken en önemli şey, her türlü şartta bu ağ yapısının çalışmasıdır. Ağ yapısını çalıştırmak için için aktif server ve firewall gibi aktif cihazlarda cluster yapıları kullanıyoruz. Network tarafında ise ring, mesh gibi topolojilerle her türlü başarısızlık durumuna karşı ağın iletişimi sürdürmesi amaçlanır. Birden fazla yedekli linklerin ağ üzerinde bir sorun yaratmaması ve çalışmaya devam etmesi için STP protokolü kullanılır.

Bazı Spanning Tree Terimleri 

  • Köprü kimliği (Bridge ID): Anahtarlayıcının MAC adresi onun köprü kimliğidir. Ağ üzerinde root köprü seçimi için önemlidir.
  • Kök Olmayan Köprü (Non-root bridge): Kök köprü hariç diğerlerini içerir.
  • Kök portu (Root port): Kök bağlantı noktası, her zaman kök köprüye direk bağlı olan veya en yakın olan bağlantı noktasıdır.
  • Bağlantı Noktası Maliyeti (Designated port cost): İki switcher arasında birden çok kök olmayan bağlantı olduğunda değerlendirilir. Bant genişliğine bakarak hesaplanır.
  • Köprü Protokolü Veri Birimi (Bridge Protocol Data Unit-BPDU): Aynı yerel ağdaki (LAN) spanning-tree protokolüne dahil tüm switchler ve köprüler, birbirleriyle BPDU mesajları aracılığıyla iletişim kurar. BPDU’lar; switchlerin önceliği, port önceliği, port değeri, MAC adresi gibi bilgileri kapsar. Spaning-tree protokolü BDPU’yu kök köprüyü, kök portunu ve atanmış portu seçerken kullanır.
  • Yakınsama (Convergence): Yakınsama, switchlerin ve köprülerin tüm bağlantı noktalarının bloklama durumundan iletim durumuna geçerken oluşur. Yakınsama işlemi tamamlanana kadar veri iletilmez. Tekrar veri iletilmeden önce tüm cihazların güncellenmelidir.

STP Layer2 düzeyinde, Ethernet ağları için döngü içermeyen bir mantıksal topoloji oluşturan bir ağ yönetim protokolüdür. STP’nin temel işlevi, köprü looplarını ve bunlardan kaynaklanan yayın radyasyonunu önlemektir. Ağ döngüleri (loop), aynı hedefe giden iki veya daha fazla link’ in sonsuz bir döngüye girmesiyle ağ içinde broadcast storm başlatır. Bu durum tüm bant genişliğini kaplayarak ağ kullanılamaz hale getirir.

Yayılan Ağaç Protokolü, ağdaki anahtarlardan birini root köprü yaparak çalışır. Seçim işlemi, switch önceliği ve mac adresi kullanılarak yapılır. Switchlerin öncelik değerleri aynıysa, bağlantı kesici olarak mac adresi kullanır. Bir temel köprü seçildiğindeyse, en yüksek öncelik değeri mac adresine sahip switchin portlarından (bağlantı noktalarından) biri engellenir. STP bu işlemi, ağda oluşan döngüden kaçmak için yapar.

STP protokolünü kullanma amacı daha çok yedek hatların aktif ve kullanabilir halde bekletilmesi, en kısa ve en hızlı yoldan iletişime devam etmek ve network üzerinde oluşan loop oluşumunu engellemektir.

Spanning Tree Protokolü ve Çeşitleri
resim1. Yedekli Devre Bağlantılarının konfigürasyon topolojisi

STP protokolü kullanılan network içerisinde bulunan switchler, her iki saniyede bir BPDU (bridge protocol data units) mesajı gönderirler. BPDU paketinin içerisinde bridge id, mac adresi, port id gibi bilgiler bulunur. Bridge id’ si en düşük cihaz ortamda root bridge olarak atanır.

Tüm cihazların köprü kimliği aynı olduğunda mac adresi küçük olan root bridge olarak seçilir. Network üzerindeki diğer switch’ ler root bridge seçilen switch’ e en yakın yolu açık tutarlar. Bu yol seçilirken BDPU yolunun mesafesi, hop sayısı ve gidilen yolun bant genişliğini değerlendirir.

Ağ Değişimine Verilen Tepkiler

Root köprüler, çalışır durumda olduklarını belirtmek için göndermiş oldukları “hello” BPDU’larını iki saniyede bir gönderirler. “Hello” mesajı gecikirse veya bekleme olursa Spanning-tree işlemi tekrar başlar. “Hello” BPDU, köprülerin ağ değişimine tepki verirken beklemeleri gereken süreleri tanımlar. Bu süreler; “Hello Time”, en uzun bekleme süresi (max age), ve iletim gecikmesidir (forward delay).

  • Hello Time”: Periyodik olarak gönderilen “hello” BPDU’ların tarafından ne kadar sıklıkla göndereceğini belirtir. Varsayılan süresi 2 saniyedir.
  • En uzun bekleme süresi:  Varsayılan süresi 20 saniyedir.
  • İletim gecikmesi: Arabirim bloklamadan iletim durumuna (forwarding state) gelmesi için gereken süredir.
Spanning Tree Protokolü ve Çeşitleri
resim2. portun spanning tree tarafından bloklanmasını göstermektedir.

Kararlı bir ağda STP işlemi şu şekilde çalışır:

  1. Root, tüm arabirimlerinden “hello” BPDU’larını göderir. (Bu BPDU’ların maliyeti 0’dır.)
  2. Komşu switchler ve köprüler, “hello” BPDU’ları non-root designated port maliyetine kendi maliyetlerini de ekleyip iletirler.
  3. Ağdaki her switch ve köprü “hello” BPDU aldığında layer 2’yi tekrarlar.
  4. Her köprü her “hello time” da layer 1’i tekrarlar
  5. Eğer hello time süresi içerisinde “hello” BPDU almadıysa, en uzun bekleme süresi boyunca normal çalışmasına devam eder, hala BPDU almadıysa STP topolojisini değiştirir.

Spanning Tree Protokolü çeşitleri tüm dünyada STP, RSTP ve MSTP’dir.

STP: Yayılan ağaç protokolü (Spannig Tree Protokol)

RSTP: Hızlı yayılan ağaç protololü (Rapid Spanning Tree Protokol)

MSTP: Çoklu yayılan ağaç protokolü (Multiple Spanning Tree Protocol)

STP – Spannig Tree Protokol

İlk geliştirilen protokoldür. Amacı L2 seviyesinde oluşan döngüleri engellemektir. Root port harici portlar bloklanır. Aktif kullanılan root port’ ta herhangi bir kesinti oluşması durumunda yeniden bir rota hesaplamaya ihtiyaç duyar. Portun bloklamadan dinlemeye geçişi 20 saniye, dinlemeden öğrenmeye geçiş süresi 15 saniye, öğrenmeden yönlendirmeye geçiş süresi de 20 saniyedir. Bu süre ortalama 55 saniyelik bir rota hesaplama süresi bulunur bu süre içerisinde cihazlar arasında erişim sağlanamaz.

RSTP – Rapid Spanning Tree Protokol

STP nin geliştirilmiş versiyonudur. STP de olduğu gibi 55 saniyelik bir süreye dayanamayacak yeni ağlar kuruldukça gelişime ihtiyaç duyulmuş ve RSTP protokolü geliştirilmiştir. STP’ den farklı olarak portu bloklama yerine discarding yöntemini kullanır. Designated durumundaki discard edilen port costunu yaparak, root portta oluşan herhangi bir arıza durumunda designated port devreye girer. Bu süre farklı vendorlara göre 1 sn ile maksimum 15 sn arasındadır.

MSTP – Multiple Spanning Tree Protocol

MSTP hem STP hem de MSTP’nin daha geliştirilmiş versiyonudur. Kısaca MSTP nin çalışma yöntemi bu iki versiyonla da aynıdır ancak RSTP’den ayıran özelliği diğerinde switch üzerinde bulunan diğer linkler discard edilmezler. Her link VE farklı VLAN’ ların trafiğini geçirerek bize yük dengelemesi yapar. Çalışan linkler üzerinde problem oluşması durumunda üzerinde bulunan VLAN’ı diğer linkler üzerine aktarır.

İlginizi Çekebilecek Makaleler​

Kod Kalitesi nedir ve nasıl ölçülür?

Bilgisayar programcıları, kod setinin, programın veya yazılımın kalitesinin ne kadar yüksek olduğunu belirlemek için kod kalitesini kullanır. Bir ürünün tutarlı olup olmadığını, doğru çalışıp çalışmadığını

Devamı »
Kuantum Bilgisayar Nedir?

 Kuantum bilgisayarlar ile günümüzde kullanılan klasik aritmatiksel bilgisayarlar arasındaki temel fark, veriyi ele alma yöntemleridir.Hesap Makinalarından ve AllInOne bilgisayarlar ve Garry Kasparov’u yendiği kabul

Devamı »
Ubuntu Server Nedir ve Nasıl Kurulur?

Ubuntu Server Nedir? Ubuntu Sunucusu,  Canonical ve açık kaynaklı programcılar tarafından geliştirilen ve LinuxONE aracılığıyla x86, x86-64, ARM64, ARM v7 gibi tüm önemli mimarilerinde çalışabilen

Devamı »