スパニングツリーの概要 ～イーサネットフレームの転送経路を冗長化～

スパニングツリーとは

スパニングツリープロトコルは、同一ネットワーク(VLAN)内でのイーサネットフレームの転送経路を冗長化します。スパニングツリープロトコルは、レイヤ2レベルの冗長化技術なので、考えている範囲は同一ネットワーク内だけであるということはしっかりと把握しておいてください。IEEE802.1Dという規格で標準化されているので、異なるベンダの製品であってもスパニングツリープロトコルを利用することができます。

スパニングツリーによるイーサネットフレーム転送経路冗長化の概要

スパニングツリープロトコルの具体的な例として、次の図のネットワークを考えます。図では、PC1とサーバ1は同一ネットワークに接続されていて、PC1とサーバ1の間の転送経路は2つあります。

経路1:PC1→SW1→SW2→サーバ1
経路2:PC1→SW1→SW3→SW2→サーバ1

スパニングツリープロトコルを利用することで、通常時は経路1を利用してイーサネットフレームを転送します。イーサネットフレームを転送するときには、最短経路が望ましいからです。そして、イーサネットフレームの転送がループしないようにするために、正常時は経路2をブロックして使えなくしています。

もし、経路1に障害が発生して使えなくなったら経路2に切り替えて、PC1とサーバ1間のイーサネットフレームの転送を継続的に行えるようにします。

ブロードキャストストーム

この図のようなループ構成になり冗長化されたイーサネットのネットワークでは、スパニングツリープロトコルを利用しないと、まともに通信ができなくなります。イーサネットにはループ防止の機能が備わっていないため、ARPリクエストなどのブロードキャストフレームが延々とループしてしまうからです。ブロードキャストフレームがループする現象をブロードキャストストームと呼びます。

レイヤ2スイッチはブロードキャストフレームだけではなく、マルチキャストフレームやUnknownユニキャストフレームもフラッディングします。ブロードキャストフレームでなくても、ブロードキャストストームが発生します。ブロードキャストストームが発生すると、レイヤ2スイッチのリンクLEDの点滅が激しくなり、リンクの帯域幅を使いきってしまいます。また、レイヤ2スイッチのMACアドレステーブルの情報が頻繁に書き換わってしまい、MACアドレステーブルが不安定な状態になってしまいます。MACアドレステーブルが頻繁に書き換わってしまうことをMACアドレステーブルのフラッピングと呼びます。

イーサネットフレームの転送経路を冗長化するということは、レイヤ2スイッチをループ構成に接続することになります。レイヤ2スイッチをループ構成にしても、スパニングツリープロトコルによって、バックアップ用の転送経路をブロックしてブロードキャストストームが発生しないようにします。そして、何らかの障害が発生するとイーサネットフレームの転送経路を切り替えられるようにできます。

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