スパニングツリー－スパツリの基本動作－

スパニングツリーってどうやって動いてるの？

前回の構成例を元に説明していきましょう。

上記ネットワークはループ構成のなっているため、ループによるブロードキャストストームを防ぐためいずれかのスイッチのポートを論理的に閉じてループ状態が発生しないようにしなければならないことは前回説明しました。

前回は例としてスイッチDのスイッチC向けのポートを論理的にポートが閉じている状態にしました。通常閉じるポートを決定するプロセスはスパニングツリーによって決められます。

ではスパニングツリーがどのように閉じるポートを決定しているのでしょうか？

～スパニングツリーの動作順序～

それぞれのスイッチでスパニングツリーが動作すると、各スイッチはBPDU(Bridge Protocol Data Units)といわれるデータをやりとりしてルートブリッジと呼ばれるネットワークの中心となるスイッチを選出します。
各スイッチのそれぞれのポートを閉じるか開けるかを決定します。
スパニングツリーによって構成された論理的なツリー構造を定期的にBPDUを送信することでトポロジーを維持します。

スパニングツリー：“スパツリ”はルートブリッジありき

スパニングツリーはこのルートブリッジを中心にしてどのポートを閉じてどのポートを開けるかといったことが決定されます。ゆえにルートブリッジはとっても偉いわけです。
ルートブリッジにはネットワークに１台だけなることが出来ます。 ルートブリッジの選択方法はスイッチの様々なパラメータによって決められます。（パラメータについては後ほど解説します。）

ルートブリッジのポートは必ず全てフォワーディングモード（転送モード）になります。下図の例ですとスイッチAがルートブリッジに選出されています。

スパニングツリー：ルートブリッジ最適経路の選択

ルートブリッジが選択されると、ルートブリッジを中心に各ポートの役割が決まっていきます。
スパニングツリーのポートの名称には以下のようなものがあります。

指定ポート（Designated Port）：各セグメントからルートブリッジへ最も近いポート
ルートポート（Root Port）：各スイッチからルートブリッジへ最も近いポート
ブロッキングポート（Blocking Port）

最初にルートブリッジに直接接続されている２つのセグメントについて考えてみます。まずルートブリッジのポートですが、これは全てのポートが指定ポート（Designated Port）になります。

続いて各スイッチからルートブリッジに一番近いポート（直接接続されているポート）がルートポート（Root Port）になります。

となります。

次にルートブリッジが直接接続されていないセグメントで考えてみます。
まず指定ポートですが“各セグメントからルートブリッジへ最も近いポート”が指定ポートになります。
下記構成でSW-BとSW-D間とSW-CとSW-D間のそれぞれのセグメントにおいてルートブリッジに最も近いポートが指定ポートになるので、

となります。

続いてルートポートですが“各スイッチからルートブリッジへ最も近いポート”が条件ですが、この最も近いポートは何を基準に選択するのでしょうか？
一般的に最も近いポートを選択する基準は帯域幅によって選択されます。
仮にSW-A～SW-B間の帯域幅が100MbpsでSW-A～SW-C間の帯域幅が10Mbpsだった場合、帯域幅の大きいSW-A～SW-B間を通過する経路が選択されます。よってSW-DのSW-B向けポートがルートポートとなります。

そして最後に残ったポートであるSW-DのSW-C向けポートがブロッキングポートとなります。

このような動作を全てのスイッチが行うことによりようやくこのネットワークは収束（コンバージェンス）したことになります。
この一連の動作をスパニングツリーアルゴリズム(SPA）と呼びます。このSPAの計算は当然ネットワーク内のスイッチが増えれば増えるほど大変になります。また、ネットワーク構成や機器によってブロッキングポートをどこに指定していするか、そのためにはルートブリッジをどの機器にするかといった設計が重要になってきます。

以上がスパニングツリーの動作になります。