スパニングツリー

概要
ブリッジで冗長リンクを構成するときに、注意しなければいけないこととして次が挙げられます。
・ ブロードキャストストーム
・ 同一データを複数受信
・ MACアドレステーブルの不安定

これらは、ネットワーク内にループが存在することによって引き起こされています。これに対処するための仕組みが「スパニングツリー」です。


ルートブリッジ
スパニングツリーはあるポートをブロックして使わないようにすることにより、ネットワーク内のループを回避します。
簡単に次のような３台のブリッジの構成を考えます。



ブリッジはそれぞれブリッジIDという値を持っています。実際にはブリッジのプライオリティ値とMACアドレスを組み合わせたものですが、ここでは単純にブリッジＡはブリッジIDが１、Ｂは２、Ｃは３とします。そして、ブリッジＡとＢの間の通信回線が100Mbps、その他が10Mbpsとします。

スパニングツリーで最初にやることは、ルートブリッジを決めることです。ルートブリッジは中心となるブリッジです。ブリッジはお互いにBPDU(Bridge Protocol Data Unit)というデータをやり取りして、ブリッジIDを認識しあいます。そして、ブリッジIDが最小のものがルートブリッジに選ばれます。


ポートの選択
ルートブリッジが決まると、DP(Designated Port)とRP(Root Port)が決められていきます。
DPは、各セグメント（注）からルートブリッジに一番近いポートとなります。そして、各ブリッジからルートブリッジに一番近いポートをRPとして選択します。
このDP、RPはブロックされることはありません。



ブリッジＡとブリッジＢの間のセグメントを考えると、ルートブリッジ（ブリッジＡ）に一番近いのは、ブリッジＡのポート１です。直接つながっていますもんね！同じように、ブリッジＡとブリッジＣの間では、ルートブリッジに一番近いのはブリッジＡのポート２となります。これも直接つながっているので。
だから、ブリッジＡのポート１、２はともにDPとして選択されます。（図の赤い○）

RPがどれになるかを考えていくと、ブリッジＢではポート１とポート２のうち、ポート１の方がルートブリッジに近くなります。ブリッジＣでも、ポート１の方がルートブリッジに近いですね。
というわけで、RPとしてブリッジＢのポート１、ブリッジＣのポート１が選択されます。（図の青い○）

次にブリッジＢとブリッジＣの間のセグメントですね。このセグメントからルートブリッジへの一番近道はどこか？ということを考えればいいわけです。
するとブリッジＡ−Ｂ間は100Mbps、ブリッジＡ−Ｃ間は10MbpsなのでブリッジＡ−Ｂ間を通る方が近道になります。ということから、ブリッジＢのポート２がDPです。DPにもRPにもなっていない残ったブリッジＣのポート２がブロックされることになります。ここをブロックすることによって、ネットワーク全体でループ構造をなくしています。

このように各ブリッジでどのポートを転送ができるポートにするか、ブロックして転送ができないようにするかといったことが完全に決まった状態を収束（コンバージェンス）と呼びます。
コンバージェンス状態から、新たにブリッジを追加した、障害が起こってしまったなどのネットワークの構成が変化すると、また最初からスパニングツリーを始めていきます。このため、大規模なネットワークではネットワーク構成の変更があるたびに、スパニングツリーを再計算するためパフォーマンスが悪くなってしまうことが考えられます。また、ここではブリッジの場合についてですが、レイヤ２スイッチ（スイッチングハブ）においても同様にスパニングツリーを行ってループ構造を解消しています。


セグメント
以前にセグメントはトランスポート層のPDUの呼び方です、 というように紹介しました。その意味もあるのですが、他にも違う 意味で使われることがあります。
それはネットワークの単位として使われることがあります。 LANセグメントといったりします。スパニングツリーでの説明のとき はこちらの意味ですね。
このネットワークの単位としてのセグメントという言葉も、そのと きどきで何を指しているのか変わってきます。コリジョンドメイン を指しているときもあればブロードキャストドメインを指している こともあります。この見分け方は、前後の文脈から判断するしかな いです。なんか国語の問題みたいですが(笑)。 ちなみに、このスパニングツリーの例ではブリッジによって分けられているので、セグメント＝コリジョンドメインです。






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