Tutorial STP

Spanning Tree Protocol (STP)

Untuk mengatasi kesalahan/kegagalan di jaringan banyak network admin mengaplikasikan redundant paths, mengunakan beberapa switch untuk traffic di network mereka. Lihat gambar redundant di bawah ini :

Apabila suatu saat jalur ke S1 ke D1 mengalami kegagalan, data tetap bisa di kirimkan melalui jalur ke S1 ke D2.

Salah satu isu pada redundant adalah looping, dimana data tidak pernah sampai ke host, tetapi hanya berputar-putar di Switch. Ini terjadi bila STP tidak di aktifkan Bila kita lihat gambar di atas, apa yang terjadi bila PC1 mengirim paket broadcast, seperti yang kita ketahui bahwa broadcast frame akan di teruskan(forwarded ke semua swich kecuali dimana frame di terima, setiap switch akan melakukan hal yang sama, bisa di bayangkan apa yang terjadi bila setiap host mengirimkan broadcast!! Semua switch akan memforward broadcast frame secara terus menerus, dan memenuhi traffic di network. Ini yang di sebut dengan broadcast strom.

Masalah lain nya pada redundant adalah duplicate unicast Frame, dimana unicast frame dikirim ke network, network yang menerima(destination device) akan mendapatkan duplicate frame.

Untuk mengatasi masalah ini di ciptakanlah protocol untuk mengatasinya yaitu Spanning Tree Protocol (STP). STP mencegah loop dengan cara memblock satu dari switch port, sebagai contoh dengan memblok port Fa0/0 dari SwA, tidak ada data traffic yang di kirim pada link ini sehingga loop di network bisa teratasi.

Lihat gambar di atas, bila jalur di S2-S1 tiba-tiba down, secara otomatis STP akan memblok Jalur ke S2-S1 dan membuka jalur S2-S3.

Tapi pertanyaanya adalah bagaimana STP menentukan port mana yang harus di block??

Untuk mengetahuinya kita perlu tahu bagaimana STP bekerja.

STP mengunakan Spanning Tree Algorithm (STA) untuk menentukan switch port yang dikonfigur atau di blok untuk mencegah loop. STA menentukan satu switch sebagai root bridge dan menjadikanya sebagai referensi point untuk mengkalkulasi semua path. Lihat gambar di bawah

Pada gambar di atas Switch 1 terpilih menjadi root bridge melalui proses PEMILU. Semua switch berpartisipasi saat pemilu ini, yaitu menukarkan BPDU frames untuk menentukan switch mana yang memiliki bridge ID(BID) yang terkecil di network. Switch yang memiliki BID yang TERKECIL akan menjadi root bridge. Pertanyaannya Apa isi BPDU yang ditukarkan?? BPDU ini berisi identitas BID, yaitu nilai prioritas MAC address switch dan optional extended system ID. Nilai BID yang terkecil ditentukan dengan kombinasi dari tiga bidang ini : --- > Bridge ID = Bridge Priority + MAC Address

 Setelah Root bridge ditentukan/didapatkan, STA akan mengkalulasi jalur terdekat menuju root bridge. Setiap switch akan mengunakan STA untuk menentukan port mana yang akan dijadikan root port, designated port atau non-designated port. “ketika STA melakukan perhitungan, semua traffic tidak diizinkan di forward di network.” Lihat kembali gambar di atas, karena jalur terdekat ke root bridge”S1” dari S2 melalui Fa0/1, dengan STA S3 akan memblok Fa0/2 berdasarkan "cost" lebih jelas di bawah.

Catatan :

+ root ports ---- > switch port yang terdekat dengan root bridge. Sebagai contoh S2 fa0/1 merupakan root port

+Designated ports ----- > semua yang buakan root port yang masih boleh memforward traffic di network, contoh Fa0/2 di S2

+ Non-designated ports ---- > semua ports yang dikonfigurasi untuk di block mencegah loop, conth Fa0/2 di S3

Jadi berikut merupakan urutan kerja dari STP agar bebas dari loop "loop-free" di topology network:

1. Elects one root bridge --- > memilih satu root bridge

2. Select one root port per nonroot bridge  ----- > root port jalur terdekat ke root bridge

3. Select one designated port on each network segment  ---- > memilih satu designated port

Sekarang mari kita coba lihat cara kerjanya mulai dari awal, ketika anda menghidupkan “turned on” switches.

1.      Elects one root bridge

Yang lucu saat switch di hidupkan “turned on”, setiap switch akan ngaku-ngaku dirinya adalah root bridge secepatnya dan mengirimkan multicast frame BPDUs. (pemilihan ulang hanya dengan mematikan port dan menghidupkannya lagi.)

 Sebagai contoh:

+ bridge priority SwA adalah 32768 dan MAC addressnya 0000.0000.9999 -> bridge ID SwA adalah 32768:0000.0000.9999

+ bridge priority SwB adalah 32768 dan MAC addressnya 0000.0000.1111 -> bridge ID SwB adalah 32768:0000.0000.1111  --- > SwB akan menjadi root karena lebih BID lebih kecil.

2.      Select one root port per nonroot bridge

Root ports adalah ports yang paling dekat ke root bridge,

 Setelah mendapatkan root bridge STA, akan melakukan perhitungan mana jarak terdekat degnan root bridge. Perhitungan dapat juga melihat cost untuk ke root bridge. Pada contoh di atas Fa0/0 ke Fa0/0 SwB memakai link 10Mbps (cost 100) dan Fa0/1SwA ke Fa0/1SwB memakai 100Mbps (cost 19). Cost terendah akan dipilih. Berikut nilai-nilai cost

3.      Select one designated port on each network segment.

Setelah memilih root port, STA akan memilih satu designated port di setiap segment network, selain port tersebut akan di jadikan nondesignated port (port yang di block)

Untuk melihat ilustrasi dari proses ini bisa anda lihat di sini

The spanning tree algorithm provides the following benefits:

* Eliminates bridging loops --- > mengeliminasi loops

* Provides redundant paths between devices --- > memungkinkan redundant antara switch

* Enables dynamic role configuration  --- > memungkinkan konfigurasi secara dymanic

* Recovers automatically from a topology change or device failure --- > otomatis recovery saat ada perubahan topology

* Identifies the optimal path between any two network devices --- > mengidentifikasi path antara dua network devices

STP switch port states (tahapan port STP) :

Ketika STP dalam keadaan enabled, setiap switch di network berada pada blocking state dan kemudian keadaan transitory states dari listening dan learning. Setelah itu port siap untk forwarding atau blocking state.

* Blocking – no user data is sent or received but it may go into forwarding mode if the other links in use fail and the spanning tree algorithm determines the port may transition to the forwarding state. BPDU data is still received in blocking state but discards frames, does not learn MAC address.

* Listening – The switch processes BPDUs and awaits possible new information that would cause it to return to the blocking state, discards frames and MAC address.

* Learning – receives and transmits BPDUs and learns MAC addresses but does not yet forward frames.

* Forwarding – receives and sends data, normal operation, learns MAC address, receives and transmits BPDUs.

Dibawah sini ringkasan dari STP states:

 

* MaxAge - Berapa lama setiap bridge harus menunggu, setelah dari awal tidak mendengar hellos, sebelum mencoba merubah STP topology. Biasanya multiple hello time: default is 20 seconds.

* Forward Delay – Delay that affects the time involved when an interface changes from blocking state to forwarding state. A port stays in listening state and then learning state for the number of seconds defined by the forward delay. This timer is covered in more depth shortly.

Lihat contoh di bawah ketika link 100Mbps down/rusak.

 When the lower link is broken, SwA must wait for Max Age seconds before it begins to transition fa0/0 interface from blocking to listening state. In listening state it must wait for the Forward Delay seconds to move to the Learning state. Next it continues waiting for more Forward Delay seconds. If no BPDU is received, it is then placed in forwarding state. These three waiting periods of (by default) 20, 15, and 15 seconds create STP’s relatively slow convergence.

Konfigurasi dan verifikasi BID

Note: Cisco PortFast technology can be used to support DHCP. Without PortFast, a PC can send a DHCP request before the port is in forwarding state, denying the host from getting a usable IP address and other information. Because PortFast immediately changes the state to forwarding, the PC always gets a usable IP address.

Untuk informasi lebih lanjut tentang konfigurasi BPDU guard, lihat di sini

Note: Because the purpose of PortFast is to minimize the time that access ports must wait for spanning tree to converge, it should be used only on access ports. If you enable PortFast on a port connecting to another switch, you risk creating a spanning-tree loop

Seperti kebanyakan standard networking, evolusi dari STP banyak di kembangakn oleh industry seperti RSTP, PVST, PVST+, rapid-PVST+. Biasanya keluar di soal sertifikasi.

Soal-Soal STP bisa di lihat di sini