解説書 Vol.2

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4.3 スパニングツリー・アルゴリズム

本装置のMACブリッジ機能はIEEE 802.1の規格に基づいて実装されています。この規格は複数のイーサネット間を相互に接続したブリッジ接続イーサネット環境で,同一のイーサネット間を複数のブリッジで結ぶ並列ブリッジ接続構成を許したものです。ただし,並列接続によるループ周回の問題を,トランスペアレント・ブリッジ・サービス自体が解決しているわけではありません。ブリッジの並列接続を実現するためには,スパニングツリー・アルゴリズムを使用することが前提になります。

なお,スパニングツリープロトコルを使用する場合は,ブリッジ接続を使用するすべてのルータまたはブリッジで同一規格(IEEE 802.1)のスパニングツリープロトコルを使用してください。

並列ブリッジ・トポロジを次の図に示します。

図4-2 並列ブリッジ・トポロジ

[図データ]

<この節の構成>
(1) フレームを最初に送信した場合の処理
(2) 重複フレームの受信
(3) スパニングツリー・トポロジの決定
(4) 論理的木構造の構築

(1) フレームを最初に送信した場合の処理

イーサネット1とイーサネット2は,二つの並列ブリッジ(ブリッジ1とブリッジ2)で接続されています。イーサネット1のES1が,イーサネット2のES2にフレームを最初に送信した場合の処理を考えてみます。

  1. ES1によって送信され,ES2宛てに送信されたフレームは,ブリッジ1とブリッジ2によって読み込まれます。これがES1とES2の間でやり取りされる最初のフレームであるため,どちらのブリッジのフィルタリング・データベース(FDB)にもES1またはES2に対するエントリの登録はまだ行われていません。
  2. 各ブリッジはES1がイーサネット1側の方向(インタフェースで識別)にいるということをFDBに登録します。FDBを更新したあと,各ブリッジはフレームをフラッディングします。つまり,ブリッジ1はフレームをIaに送り,ブリッジ2もそのフレームをIbに送ります。このとき,ブリッジ2はフレームをIcにも送ります。
  3. ES2はES1から発信されたフレームの二つのコピーを受け取ります。

(2) 重複フレームの受信

重複フレームの受信はESでは重大な問題にはなりません。また,転送効率もほとんど影響はありません。ただし,重複フレームをブリッジ1とブリッジ2で受け取ると問題が発生します。ブリッジ1によってIaにフラッディングされたフレームは,Ibのブリッジ2によって受信されます。ブリッジ2はこのフレームを受信したときに,ES1がイーサネット2側の方向にいるということをFDBに登録します。同様にブリッジ1はブリッジ2よりフラッディングされたフレームを受信したときに,ES1がイーサネット2側の方向にいるということをFDBに登録します。その結果,両方のブリッジのFDBが矛盾してしまい,どちらのブリッジもフレームをES1に正しく転送できなくなってしまいます。この矛盾は,ES間に代替の経路があるために生じます。このような現象のことを一般にループ周回といいます。スパニングツリー・アルゴリズムを使うことで,並列ブリッジを含むネットワークでループ周回を起さない構成が実現できます。

(3) スパニングツリー・トポロジの決定

このアルゴリズムによって,ブリッジ接続イーサネット内にある二つのES間でブリッジと中継のイーサネットから成る単一の経路を確保できます。また,ブリッジや伝送路に障害が発生してもスパニングツリー・アルゴリズムが自動的に再起動されるため,システムの構成の冗長性は広がります。スパニングツリー・トポロジは次のパラメータによって決定されます。

これらのパラメータに従ってブリッジがBPDUのやり取りを行うことで,ブリッジ接続イーサネット内に論理的木構造が構築されます。

(4) 論理的木構造の構築

論理的木構造の構築を行うときには,まずルート・ブリッジというブリッジ接続イーサネット内で優先度が最も高い(値が最も小さい)ブリッジを決定する必要があります。このブリッジを中心に,論理的木構造が構築されていくことになります。

ルート・ブリッジが決まると,ほかのすべてのブリッジは経路コストを計算します。このコストは,各ブリッジ・インタフェースからルート・ブリッジまでの経路コストです。各ブリッジは,ルート・ブリッジまでの経路コストが最小であるインタフェースをルート・ポートとして指定します。経路コストが同じである場合,ブリッジは優先度が最も高い(値が最も小さい)ポートをルート・ポートとして指定します。

ブリッジ接続イーサネット内の各イーサネットでは,一つのブリッジが指定ブリッジ(Designated Bridge)として選択されます。このブリッジはルート・ブリッジまでの経路コストが最小であるルート・ポートを持っている必要があります。また,イーサネットを指定ブリッジに接続するインタフェースが指定ポート(Designated Port)として選択されます。このインタフェースはブリッジ接続イーサネット内でトラフィックの送信/受信を行い,Fowarding状態にあるとみなされます。

これらのプロセスによって,並列接続を行うすべての冗長となるインタフェースがサービスから除外され,Blocking状態になります。トポロジに変更が生じたり,ブリッジまたは伝送路に障害が発生したりすると,再度新しいスパニングツリーが構築され,Blocking状態にあるインタフェースの一部をFowarding状態に戻します。

スパニングツリーの論理トポロジを次の図に示します。

図4-3 スパニングツリーの論理トポロジ

[図データ]

この図では,スパニングツリー・アルゴリズムによってブリッジ1をサービスから除外し,ブリッジ2のIcをBlocking状態にできます。この図では論理的木構造の構築によって,ES間で単一の経路となるスパニングツリーの論理トポロジを示しています。

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