ネットワーク構成

stp_basic01.png
図 スパニングツリーの基本設定 ネットワーク構成

設定条件

  1. VLAN1についてスパニングツリープロトコルによって、イーサネットフレームの転送経路を冗長化します。
  2. SW1をVLAN1のルートブリッジ、SW2をVLAN2のルートブリッジとします。そして、SW4 F0/9がブロックされるようにします。
  3. 各PCが接続されるポートはすぐにフォワーディング状態に移行するようにしてください。

初期設定

以下の内容は設定済みです。

  • ホスト名
  • IPアドレス

表 IPアドレス
stp_basic02.png

GNS3プロジェクトファイル(http://www.n-study.com/gns3/01.STP_Basic_init.zip)

設定と確認

【Step1:スパニングツリーの確認】

CatalystスイッチはデフォルトでVLANごとにスパニングツリーが動作しています。現在のVLAN1のスパニングツリーの状態を確認します。そのために、show spanning-tree vlan1 briefコマンドを利用します。また、現在のVLAN1のスパニングツリーの状態を次の表にまとめてください。

表 VLAN1のスパニングツリーの状態
stp_basic03.png

※Catalystスイッチではshow spaning-tree vlan 1コマンドを利用します。

ブリッジプライオリティはデフォルトで同じ値なので、ルートブリッジの選出はMACアドレスに基づいて行われています。そのため、各ポートがどのような役割になっているかは環境によって異なってしまいます。

【Step2:ブリッジプライオリティの設定】

各スイッチのVLAN1のブリッジプライオリティを設定して、条件に一致するようなスパニングツリーの構成とします。SW1をVLAN1のルートブリッジになるようにSW1のブリッジプライオリティを最小にします。そして、SW2をVLAN1のルートブリッジになるようにブリッジプライオリティを2番目に小さい値にします。SW4のFa0/9がブロックされるようにするためには、SW4のブリッジプライオリティが最大になるようにします。

表 ブリッジプライオリティ
stp_basic04.png

SW1
--------------------------------------------------------------
spanning-tree vlan 1 priority 4096
--------------------------------------------------------------

SW2
--------------------------------------------------------------
spanning-tree vlan 1 priority 8192
--------------------------------------------------------------

SW3
--------------------------------------------------------------
spanning-tree vlan 1 priority 12288
--------------------------------------------------------------

SW4
--------------------------------------------------------------
spanning-tree vlan 1 priority 16384
--------------------------------------------------------------

【Step3:スパニングツリーの確認】

ブリッジプライオリティを設定して明示的にスパニングツリーの構成を決定したあとの状態を確認します。各スイッチでshow spanning-tree vlan 1 briefコマンドを利用します。

SW1
--------------------------------------------------------------
SW1#show spanning-tree vlan 1 brief
VLAN1
Spanning tree enabled protocol ieee
Root ID    Priority    4096
Address     cc00.2a2c.0000
This bridge is the root
Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Bridge ID  Priority    4096
Address     cc00.2a2c.0000
Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Aging Time 300
Interface                                   Designated
Name                 Port ID Prio Cost  Sts Cost  Bridge ID            Port ID
-------------------- ------- ---- ----- --- ----- -------------------- -------
FastEthernet0/1      128.2    128    19 FWD     0  4096 cc00.2a2c.0000 128.2
FastEthernet0/7      128.8    128    19 FWD     0  4096 cc00.2a2c.0000 128.8
FastEthernet0/9      128.10   128    19 FWD     0  4096 cc00.2a2c.0000 128.10
--------------------------------------------------------------

SW2
--------------------------------------------------------------
SW2#show spanning-tree vlan 1 brief
VLAN1
Spanning tree enabled protocol ieee
Root ID    Priority    4096
Address     cc00.2a2c.0000
Cost        19
Port        10 (FastEthernet0/9)
Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Bridge ID  Priority    8192
Address     cc02.2a2c.0000
Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Aging Time 300
Interface                                   Designated
Name                 Port ID Prio Cost  Sts Cost  Bridge ID            Port ID
-------------------- ------- ---- ----- --- ----- -------------------- -------
FastEthernet0/1      128.2    128    19 FWD    19  8192 cc02.2a2c.0000 128.2
FastEthernet0/7      128.8    128    19 FWD    19  8192 cc02.2a2c.0000 128.8
FastEthernet0/9      128.10   128    19 FWD     0  4096 cc00.2a2c.0000 128.10
--------------------------------------------------------------

SW3
--------------------------------------------------------------
SW3#show spanning-tree vlan 1 brief
VLAN1
Spanning tree enabled protocol ieee
Root ID    Priority    4096
Address     cc00.2a2c.0000
Cost        19
Port        8 (FastEthernet0/7)
Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Bridge ID  Priority    12288
Address     cc01.2a2c.0000
Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Aging Time 300
Interface                                   Designated
Name                 Port ID Prio Cost  Sts Cost  Bridge ID            Port ID
-------------------- ------- ---- ----- --- ----- -------------------- -------
FastEthernet0/1      128.2    128    19 FWD    19 12288 cc01.2a2c.0000 128.2
FastEthernet0/7      128.8    128    19 FWD     0  4096 cc00.2a2c.0000 128.8
FastEthernet0/9      128.10   128    19 FWD    19 12288 cc01.2a2c.0000 128.10
--------------------------------------------------------------

SW4
--------------------------------------------------------------
SW4#show spanning-tree vlan 1 brief
VLAN1
Spanning tree enabled protocol ieee
Root ID    Priority    4096
Address     cc00.2a2c.0000
Cost        38
Port        8 (FastEthernet0/7)
Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Bridge ID  Priority    16384
Address     cc03.2a2c.0000
Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Aging Time 300
Interface                                   Designated
Name                 Port ID Prio Cost  Sts Cost  Bridge ID            Port ID
-------------------- ------- ---- ----- --- ----- -------------------- -------
FastEthernet0/1      128.2    128    19 FWD    38 16384 cc03.2a2c.0000 128.2
FastEthernet0/7      128.8    128    19 FWD    19  8192 cc02.2a2c.0000 128.8
FastEthernet0/9      128.10   128    19 BLK    19 12288 cc01.2a2c.0000 128.10
--------------------------------------------------------------

表 VLAN1のスパニングツリーの状態(ブリッジプラオリティ設定後)
stp_basic05.png

stp_basic06.png
図 スパニングツリーの状態(ブリッジプラオリティ設定後)

【Step4:スパニングツリーの再計算の確認】

PC1からPC4へ継続的にPingを実行します。継続的にPingを行っている状態でSW4 F0/7をshutdownして、どのぐらいでPingの応答が返ってくるようになるかを確認します。

PC1
--------------------------------------------------------------
PC1#ping 192.168.1.4 repeat 5000
Type escape sequence to abort.
Sending 5000, 100-byte ICMP Echos to 192.168.1.4, timeout is 2 seconds:
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!................!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!.
Success rate is 97 percent (702/719), round-trip min/avg/max = 12/19/28 ms
--------------------------------------------------------------

もともと、PC1からPC4へのイーサネットフレームの転送経路は、

PC1→SW1(F0/9)→SW2(F0/7)→SW4(F/0/1)→PC4

です。

stp_basic07.png
図 PCx1-PCy2間のイーサネットフレームの転送経路

SW4 F0/7shutdownすることでスパニングツリーの再計算が発生します。スパニングツリーの再計算が完了すると、PC1からPC4へのイーサネットフレームの転送経路は、

PC1→SW1(F0/7)→SW3(F0/9)→SW4(F0/1)→PC4

に変わります。このスパニングツリーの再計算には約30秒かかっています。

stp_basic08.png
図 PCx1-PCy2間のイーサネットフレームの転送経路(スパニングツリー再計算後)

【Step5:スパニングツリーの確認】

スパニングツリーの再計算が完了したときのVLAN1のスパニングツリーの状態を確認します。そのために、show spanning-tree vlan1コマンドを利用します。

SW1
--------------------------------------------------------------
SW1#show spanning-tree vlan 1 brief
VLAN1
Spanning tree enabled protocol ieee
Root ID    Priority    4096
Address     cc00.2a2c.0000
This bridge is the root
Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Bridge ID  Priority    4096
Address     cc00.2a2c.0000
Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Aging Time 300
Interface                                   Designated
Name                 Port ID Prio Cost  Sts Cost  Bridge ID            Port ID
-------------------- ------- ---- ----- --- ----- -------------------- -------
FastEthernet0/1      128.2    128    19 FWD     0  4096 cc00.2a2c.0000 128.2
FastEthernet0/7      128.8    128    19 FWD     0  4096 cc00.2a2c.0000 128.8
FastEthernet0/9      128.10   128    19 FWD     0  4096 cc00.2a2c.0000 128.10
--------------------------------------------------------------

SW2
--------------------------------------------------------------
SW2#show spanning-tree vlan 1 brief
VLAN1
Spanning tree enabled protocol ieee
Root ID    Priority    4096
Address     cc00.2a2c.0000
Cost        19
Port        10 (FastEthernet0/9)
Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Bridge ID  Priority    8192
Address     cc02.2a2c.0000
Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Aging Time 300
Interface                                   Designated
Name                 Port ID Prio Cost  Sts Cost  Bridge ID            Port ID
-------------------- ------- ---- ----- --- ----- -------------------- -------
FastEthernet0/1      128.2    128    19 FWD    19  8192 cc02.2a2c.0000 128.2
FastEthernet0/9      128.10   128    19 FWD     0  4096 cc00.2a2c.0000 128.10
--------------------------------------------------------------

SW3
--------------------------------------------------------------
SW3#show spanning-tree vlan 1 brief
VLAN1
Spanning tree enabled protocol ieee
Root ID    Priority    4096
Address     cc00.2a2c.0000
Cost        19
Port        8 (FastEthernet0/7)
Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Bridge ID  Priority    12288
Address     cc01.2a2c.0000
Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Aging Time 300
Interface                                   Designated
Name                 Port ID Prio Cost  Sts Cost  Bridge ID            Port ID
-------------------- ------- ---- ----- --- ----- -------------------- -------
FastEthernet0/1      128.2    128    19 FWD    19 12288 cc01.2a2c.0000 128.2
FastEthernet0/7      128.8    128    19 FWD     0  4096 cc00.2a2c.0000 128.8
FastEthernet0/9      128.10   128    19 FWD    19 12288 cc01.2a2c.0000 128.10
--------------------------------------------------------------

SW4
--------------------------------------------------------------
SW4#show spanning-tree vlan 1 brief
VLAN1
Spanning tree enabled protocol ieee
Root ID    Priority    4096
Address     cc00.2a2c.0000
Cost        38
Port        10 (FastEthernet0/9)
Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Bridge ID  Priority    16384
Address     cc03.2a2c.0000
Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Aging Time 300
Interface                                   Designated
Name                 Port ID Prio Cost  Sts Cost  Bridge ID            Port ID
-------------------- ------- ---- ----- --- ----- -------------------- -------
FastEthernet0/1      128.2    128    19 FWD    38 16384 cc03.2a2c.0000 128.2
FastEthernet0/9      128.10   128    19 FWD    19 12288 cc01.2a2c.0000 128.10
--------------------------------------------------------------

stp_basic09.png
図 スパニングツリーの状態(ネットワーク構成変更後)

スパニングツリーの状態を確認したら、SW4 F0/7をno shutdownして、元の状態に戻してください。

【Step6:PortFast設定前の通信確認】

PC1からPC4へPingを継続的に実行します。その状態でPC1が接続されているSW1 F0/1
をshutdown→no shutdownします。Pingの応答がどのぐらいで返ってくるようになるかを確認します。

PC1
--------------------------------------------------------------
PC1#ping 192.168.1.4 repeat 5000
Type escape sequence to abort.
Sending 5000, 100-byte ICMP Echos to 192.168.1.4, timeout is 2 seconds:
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!................!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!.
Success rate is 98 percent (897/914), round-trip min/avg/max = 8/19/32 ms
--------------------------------------------------------------

SW1 F0/1をshutdown→no shutdownすると、スパニングツリーの再計算のためしばらく、Pingの応答は返ってこないままです。約30秒でPingの応答が返ってくるようになります。

※実機のCatalystスイッチでは、スパニングツリーの再計算のためブロッキング状態になっているとリンクLEDがオレンジ色になります。

【Step7:PortFastの設定】

各スイッチのPCが接続されているF0/1でPortFastを有効化します。

SW1-SW4
--------------------------------------------------------------
interface FastEthernet0/1
spanning-tree portfast
--------------------------------------------------------------

【Step8:PortFastの確認】

Step6と同様の確認を行います。

PC1
--------------------------------------------------------------
PC1#ping 192.168.1.4 repeat 5000
Type escape sequence to abort.
Sending 5000, 100-byte ICMP Echos to 192.168.1.4, timeout is 2 seconds:
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!.!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!.
Success rate is 99 percent (344/346), round-trip min/avg/max = 12/19/36 ms
--------------------------------------------------------------

PortFastを有効にすると、shutdown→no shutdownしてもすぐにフォワーディング状態になり、Pingの応答もすぐに返ってくるようになります。