Résolution de boucle avec STP (Spanning Tree Protocol) [Election STP]

Élection STP : Le Spanning Tree permet d’éviter les boucles réseau, en plaçant certains ports dans un état de blocage, pour n’avoir qu’un seul chemin d’un point à un autre.

Ce qui rend possible la mise en place de redondance.

Car si un problème arrive sur l’un des segments du réseau, alors le protocole STP réactivera le port bloqué, pour que les paquets puissent passer par un nouveau chemin.

Le Spanning tree, utilise des BPDU’s pour la communication entre les switchs.

Les BPDU’s sont des trames qui sont échangées régulièrement, à peu près environ toutes les 2 secondes, et permettent aux switches de garder une trace des changements sur le réseau afin d’activer ou de désactiver les ports des équipements.

Plusieurs étapes

L’algorithme du spanning-tree procède en plusieurs étapes :

• Tout d’abord, il va procéder à l’Élection du commutateur racine :

Une topologie sans boucle ressemble à un|arbre et à la base de chaque arbre, on trouve ses racines, qu’on peut appeler « root ».

Eh bien, dans un réseau commuté, le root bridge, qui signifie commutateur racine, est l’élu.

Chaque switch possède une adresse MAC et un numéro de priorité qu’on peut paramétrer.

Ces deux nombres forment l’identifiant du pont, plus connu sous le nom de « B » « I » « D ».

Le commutateur avec la priorité la plus basse devient le pont racine, et en cas d’égalité, c’est l’adresse MAC la plus basse qui l’emporte.

En règle générale, l’administrateur réseau fait en sorte que le commutateur racine soit le plus proche possible du cœur réseau, en modifiant la valeur du Bridge ID.

Les ports racines

• Après avoir élu le commutateur racine, le spanning-tree va déterminer les ports racines :

Cette élection porte sur la distance la plus courte vers le commutateur racine.

Pour ça, il se base sur le « coût » de chaque lien traversé. Et la valeur du coût dépend de la bande passante du lien, comme le montre le tableau.

Le « port racine » qui est aussi connu sous le nom de root port ou bien simplement avec les initiales RP, sera celui qui mène le plus directement au commutateur racine.

Il ne peut y avoir qu’un seul root port par commutateur.

En cas d’égalité, c’est-à-dire que 2 switchs ont le même coût vers le Bridge ID, alors ce sera le port ayant le port ID le plus faible qui sera élu.

Les ports désignés

• Après avoir déterminé les ports racine, le spanning-tree va sélectionner les ports désignés :

Pour chaque segment réseau qui relie des commutateurs, un « port désigné » qu’on peut écrire aussi avec les initiales « DP », est sélectionné par le spanning-tree.

Il s’agit du port relié au segment, qui mène le plus directement à la racine !

C’est d’ailleurs pour ça qu’un switch élu root bridge, aura systématiquement des ports désignés !

Ensuite en cas d’égalité sur un segment, eh bien la sélection, se fera aussi sur la priorité et la mac-adresse la plus basse.

• Et la dernière étape du spanning tree, consiste à bloquer les autres ports pour ne pas créer de boucles :

Les ports qui ne sont ni racine, ni désignés sont bloqués.

Un port bloqué peut recevoir des paquets BPDU mais ne peut pas en émettre.

Si la topologie change, par exemple un commutateur tombe en panne, eh bien, l’algorithme du spanning-tree est de nouveau relancé et un nouvel arbre est mis en place.

On a vu que l’algorithme du spanning-tree procède en plusieurs phases :

• D’abord, il va élire le commutateur racine
• Ensuite, il va déterminer les ports racines de chaque commutateur.
• Après, il va sélectionner les ports désignés sur chaque segment.
• Et pour finir, il va bloquer les autres ports, pour éviter les boucles.

Tout ce processus se fait à l’aide des messages BPDU que s’échangent les commutateurs.

Les BPDU vont permettre de découvrir la topologie, et d’élire le Root Bridge.

C’est en quelque sorte le chef de la topologie Spanning Tree.

Une fois qu’il est élu, les switches vont rechercher le meilleur chemin vers celui-ci, et les itinéraires bis seront désactivés !

Exemple Élection STP

Nous allons voir en détail les différents process de l’algorithme du spanning-tree sur cette nouvelle topologie comme exemple.

La première étape est donc l’élection d’un commutateur racine en désignant le Bridge ID le plus bas.

Le bridge ID est la composition de la priorité du switch et de sa Mac-adresse.

Alors initialement, tous les switches pensent qu’ils sont le pont racine !

Ils prétendent tous être la racine de l’arbre.

C’est grâce aux échanges BPDU, qu’ils arrivent à élire le pont racine.

Cette élection se fait par la priorité la plus faible, et en cas d’égalité, c’est celui qui à la mac-adresse la plus basse qui l’emporte !

Topologie

Sur la topologie, c’est le switch B qui devient le pont racine, car il possède le Bridge ID le plus bas.

Comme les switches A et B, on l’a même priorité, ce sera le switch qui à la Mac adresse la plus basse qui l’emporte.

Il s’agit bien du commutateur B, car l’hexadécimal commence de 0 à 9 et de A à F.

Deuxième étape

La deuxième Étape consiste à élire les ports racines.

Lorsqu’un switch reconnaît qu’il n’est pas le ROOT, il marque le port sur lequel il reçoit ces BPDU comme son port racine. Et s’il y a plusieurs chemins, alors il choisira, celui qui est le moins coûteux. C’est-à-dire le plus rapide !

Par défaut, le coût associé à chaque port est lié à sa vitesse (plus la bande passante de l’interface est élevée, moins est le coût).

Par exemple, une liaison de 1 gigabit est égale à un coût de 4.

Et si malgré tout, plusieurs chemins ont le même coût, alors le switch choisiront le Bridge ID le plus bas, comme pour l’élection du switch Racine.

En général, les switchs qui sont connectés directement sur le ROOT Bridge seront designer Root Port.

Troisième étape

La troisième Étape consiste à élire un port désigné pour chaque segment.

Après avoir choisi le ROOT bridge et les root port, les commutateurs déterminent quel port seront désignés pour chaque lien Ethernet.

Le process est similaire à l’élection du ROOT BRIDGE et des ROOT PORT.

C’est-à-dire que chaque switch envoie des BPDU pour désigner un port sur chaque lien entre les switchs.

Dans l’exemple, tous les ports du switch B sont désignés. Car il s’agit du ROOT.

Pour le lien entre le switch A et D, comme le switch A, à la priorité la plus basse, le port désigné sera de son côté.

Et c’est pareil, entre le switch A et le C !

Il ne peut y avoir qu’un seul port désigné sur un même lien.

Si la priorité avait été identique alors, la comparaison aurait eu lieu sur l’adresse Mac la plus basse. Comme pour l’élection du root bridge.

Dernière étape

Et pour finir, la dernière étape consiste à mettre les ports qui restent, dans un état de blocage.

Pour éviter les boucles réseaux, le protocole spanning-tree bloquera les ports qui ne sont ni ROOT PORT et qui ne sont ni des ports désignés.

Types de protocoles Spanning-Tree

Le spanning-tree est un protocole réseau qui assure une topologie sans boucles. Il en existe plusieurs variétés.

• La forme la plus basique du spanning tree est le STP, qui permet simplement une redondance sans boucle.
• On a le RSTP, qui est l’évolution de l'élection STP, car il offre une convergence plus rapide.
• Le PVST et le PVST +, permettent de mettre en place un spanning-tree différent par vlan. C’est-à-dire qu’il y a un root bridge par VLAN. L’avantage ici, c’est que la charge est mieux répartie, parce que tous les liens seront utilisés, mais pas, par les mêmes VLAN.
• Il y a le Rapid-PVST +, qui est facilement une amélioration du spanning-tree par vlan.
• Et le multiple STP est une extension du Rapid spanning-tree.

PVST + : Per VLAN Spanning Tree +

Par défaut sur les switchs Cisco, C’est le spanning-tree par vlan + qui est activé sur tous les ports.

Alors même s’il a une convergence beaucoup plus lente, que le rapid PVST +, il demande moins de CPU et de ressources mémoires pour calculer le chemin le plus court.

Il permet d’avoir une instance de spanning tree par VLAN.

Ce qui permet un partage de charges plus optimal.

Un ROOT Bridge sera alors élu pour chaque VLAN.

Et des ports différents par Vlan seront bloqués.

De cette façon, le réseau est encore plus redondant que dans du spanning-tree classique.

Conclusion

En conclusion, l'Election STP (Spanning Tree Protocol) dans la résolution de boucles réseau est essentielle pour assurer la stabilité et la redondance des infrastructures. L'élection STP, qui désigne le commutateur racine et les ports racines et désignés, garantit un cheminement efficace des données tout en évitant les boucles. Les échanges réguliers de BPDUs entre les commutateurs permettent de maintenir une topologie optimale. Ce processus, malgré sa complexité, assure une gestion intelligente des ports pour prévenir les interruptions de réseau. L'exemple concret d'une élection STP met en lumière son fonctionnement pratique dans la configuration réseau. En explorant les différents types de protocoles STP, comme le PVST +, on réalise l'adaptabilité et la diversité des solutions disponibles pour répondre aux besoins spécifiques des réseaux VLAN. Ainsi, grâce à des stratégies telles que le PVST +, le réseau peut optimiser sa performance tout en maintenant une redondance efficace, assurant ainsi sa fiabilité et sa disponibilité. En somme, l'élection STP demeure un élément crucial dans la gestion des réseaux modernes, offrant à la fois sécurité, efficacité et évolutivité.

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