ネットワーク構成

図 スパニングツリーの基本設定 ネットワーク構成
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
機器IPアドレス
SW1192.168.1.251/24
SW2192.168.1.252/24
SW3192.168.1.253/24
SW4192.168.1.254/24
PC1192.168.1.1/24
PC2192.168.1.2/24
PC3192.168.1.3/24
PC4192.168.1.4/24

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。

ルートブリッジ
ルートポート
代表ポート
非代表ポート(ブロック状態)


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。つまり、デフォルトの状態では、イーサネットフレームの転送経路がどのようになっているかが環境によって違います。

【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。

機器設定するブリッジプライオリティ
SW14096
SW28192
SW312288
SW416384


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 コマンドを利用します。

SW1

SW1#show spanning-tree vlan 1 

VLAN1
  Spanning tree enabled protocol ieee
  Root ID    Priority    4096
             Address     0009.b744.eec1
             This bridge is the root
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    4096
             Address     0009.b744.eec1
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time 300

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/1            Desg FWD  19       128.1    P2p
Fa0/7            Desg FWD  19       128.7    P2p
Fa0/9            Desg FWD  19       128.9    P2p

SW2

SW2#show spanning-tree vlan 1

VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol ieee
  Root ID    Priority    4096
             Address     0009.b744.eec1
             Cost         4
             Port         9 (FastEthernet0/9)
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    8193   (priority 8192 sys-id-ext 1)
             Address     000c.3167.be80
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time 300

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/1            Desg FWD  19       128.1    P2p
Fa0/7            Desg FWD  19       128.7    P2p
Fa0/9            Root FWD  19       128.9    P2p

SW3

SW21#show spanning-tree vlan 1

VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol ieee
  Root ID    Priority    4096
             Address     0009.b744.eec1
             Cost         19
             Port         7 (FastEthernet0/7)
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    12289  (priority 12288 sys-id-ext 1)
             Address     0012.8049.3600
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time 15

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/1            Desg FWD  19       128.1    P2p
Fa0/7            Root FWD  19       128.7    P2p
Fa0/9            Desg FWD  19       128.9    P2p

SW4

SW22#show spanning-tree vlan 1

VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol ieee
  Root ID    Priority    4096
             Address     0009.b744.eec1
             Cost         38
             Port         7 (FastEthernet0/7)
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    16385  (priority 16384 sys-id-ext 1)
             Address     0013.6060.6480
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time 300

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/1            Desg FWD  19       128.1    P2p
Fa0/7            Root FWD  19       128.7    P2p
Fa0/9            Altn BLK  19       128.9    P2p

show spanning-tree vlan1の出力から、スパニングツリーの状態は次のようになります。

ルートブリッジSW1
ルートポートSW2 Fa0/9、SW3 Fa0/7、SW4 Fa0/7
代表ポートSW1 Fa0/1、Fa0/7、Fa0/9
SW2 Fa0/1、Fa0/7
SW3 Fa0/1、Fa0/9
SW4 Fa0/1
非代表ポート(ブロッキング状態)SW4 Fa0/9


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)
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

C:\Users\gene>ping 192.168.1.4 -t

192.168.1.4 に ping を送信しています 32 バイトのデータ:
192.168.1.4 からの応答: バイト数 =32 時間 <1ms TTL=255
192.168.1.4 からの応答: バイト数 =32 時間 <1ms TTL=255
192.168.1.4 からの応答: バイト数 =32 時間 <1ms TTL=255
192.168.1.4 からの応答: バイト数 =32 時間 <1ms TTL=255
要求がタイムアウトしました。
要求がタイムアウトしました。
要求がタイムアウトしました。
要求がタイムアウトしました。
要求がタイムアウトしました。
要求がタイムアウトしました。
要求がタイムアウトしました。
192.168.1.4 からの応答: バイト数 =32 時間 =1ms TTL=255
192.168.1.4 からの応答: バイト数 =32 時間 <1ms TTL=255
192.168.1.4 からの応答: バイト数 =32 時間 <1ms TTL=255
192.168.1.4 からの応答: バイト数 =32 時間 <1ms TTL=255
192.168.1.4 からの応答: バイト数 =32 時間 <1ms TTL=255

192.168.1.4 の ping 統計:
    パケット数: 送信 = 16、受信 = 10、損失 = 6 (37% の損失)、
ラウンド トリップの概算時間 (ミリ秒):
    最小 = 0ms、最大 = 1ms、平均 = 0ms
192.168.1.4 からの応答: 
Ctrl+C
^C

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。

 図 PC1-PC4間のイーサネットフレームの転送経路
図 PC1-PC4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。

 図 PC1-PC4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)
図 PC1-PC4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

VLAN1
  Spanning tree enabled protocol ieee
  Root ID    Priority    4096
             Address     0009.b744.eec1
             This bridge is the root
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    4096
             Address     0009.b744.eec1
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time 300

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/1            Desg FWD  19       128.1    P2p
Fa0/7            Desg FWD  19       128.7    P2p
Fa0/9            Desg FWD  19       128.9    P2p

SW2

SW12#show spanning-tree vlan 1

VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol ieee
  Root ID    Priority    4096
             Address     0009.b744.eec1
             Cost        19
             Port        9  (FastEthernet0/9)
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    8193   (priority 8192 sys-id-ext 1)
             Address     000c.3167.be80
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time 300

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/1            Desg FWD  19        128.1    P2p
Fa0/9            Root FWD  19        128.9    P2p

SW3

SW3#show spanning-tree vlan 1

VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol ieee
  Root ID    Priority    4096
             Address     0009.b744.eec1
             Cost         19
             Port         7 (FastEthernet0/7)
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    12289  (priority 12288 sys-id-ext 1)
             Address     0012.8049.3600
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time 15

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/1            Desg FWD  19       128.1    P2p
Fa0/7            Root FWD  19       128.7    P2p
Fa0/9            Desg FWD  19       128.9    P2p

SW4

SW4#show spanning-tree vlan 1

VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol ieee
  Root ID    Priority    4096
             Address     0009.b744.eec1
             Cost         38
             Port         9 (FastEthernet0/9)
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    16385  (priority 16384 sys-id-ext 1)
             Address     0013.6060.6480
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time 300

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/1            Desg FWD  19       128.1    P2p
Fa0/9            Root FWD  19       128.9    P2p

図 スパニングツリーの状態(ネットワーク構成変更後)
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PC2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

C:\Users\gene>ping 192.168.1.2 -t

192.168.1.2 に ping を送信しています 32 バイトのデータ:
192.168.1.2 からの応答: バイト数 =32 時間 <1ms TTL=255
192.168.1.2 からの応答: バイト数 =32 時間 <1ms TTL=255
192.168.1.2 からの応答: バイト数 =32 時間 <1ms TTL=255
要求がタイムアウトしました。
要求がタイムアウトしました。
要求がタイムアウトしました。
要求がタイムアウトしました。
要求がタイムアウトしました。
要求がタイムアウトしました。
要求がタイムアウトしました。
要求がタイムアウトしました。
要求がタイムアウトしました。
192.168.1.2 からの応答: バイト数 =32 時間 =1ms TTL=255
192.168.1.2 からの応答: バイト数 =32 時間 =1ms TTL=255
192.168.1.2 からの応答: バイト数 =32 時間 <1ms TTL=255
192.168.1.2 からの応答: バイト数 =32 時間 <1ms TTL=255
192.168.1.2 からの応答: バイト数 =32 時間 <1ms TTL=255

192.168.1.2 の ping 統計:
    パケット数: 送信 = 17、受信 = 11、損失 = 6 (35% の損失)、
ラウンド トリップの概算時間 (ミリ秒):
    最小 = 0ms、最大 = 1ms、平均 = 0ms
Ctrl+C
^C

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。

【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

C:\Users\gene>ping 192.168.1.2 -t

192.168.1.2 に ping を送信しています 32 バイトのデータ:
192.168.1.2 からの応答: バイト数 =32 時間 <1ms TTL=255
192.168.1.2 からの応答: バイト数 =32 時間 <1ms TTL=255
要求がタイムアウトしました。
192.168.1.2 からの応答: バイト数 =32 時間 <1ms TTL=255
192.168.1.2 からの応答: バイト数 =32 時間 <1ms TTL=255
192.168.1.2 からの応答: バイト数 =32 時間 <1ms TTL=255

192.168.1.2 の ping 統計:
    パケット数: 送信 = 6、受信 = 5、損失 = 1 (16% の損失)、
ラウンド トリップの概算時間 (ミリ秒):
    最小 = 0ms、最大 = 0ms、平均 = 0ms
Ctrl+C
^C

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。

関連記事

レイヤ2スイッチの仕組み