STP 컨버전스 시간 조정

○STP는 전원이 올라오면 동작하는 plug and play 프로토콜이라고 한다. 실제로 전원을 켜고 장비를 연결하면 별도의 설정없이 동작한다. 스위치 네트워크의 STP를 조정하지 않으면 속도도 아주 느리고, 장애발생시 자동으로 복구되는데 시간이 걸리며, 간단한 조작에 의해 네트워크가 다운될 수도 있고, 보안도 취약하다. 이와 같은 것들을 방지하려면 STP 관련 사항들을 조정해 주어야 하며, 그중 하나가 컨버전스 시간 조정이다. 컨버전스(convergence)시간이란, 토폴로지 변화가 일어났을 때 이를 반영하여 네트워크가 재구성될 때까지 소요되는 시간을 말한다. STP가 가지는 단점 중의 하나가 컨버전스 시간이 너무 길다는 것이다. 별도의 조정이 없으면 장애 발생시 이중화가 되어있어도 30초 또는 50초동안 네트워크 다운 상태가 지속된다.
○포트패스트:portfast는 포트가 활성화되면 바로 전송상태가 되게하는 것을 말한다. 포트패스트는 PC,서버등과 같이 종단장치와 연결된 포트에 많이 설정한다. 포트패스트가 설정된 포트라도 BPDU를 수신하면 그에 따른 STP 동작을 취한다.

 

기본적인 STP 인터페이스 동작 순서

○인터페이스가 활성화되면 즉시 청취상태로 변경된다. 15초후 학습상태를 거쳐 다시 15초후 전송상태로 변경된다.즉 트래픽을 전송할 수 있는 전송상태로 변경되기까지 30초가 소요된다. PC나 서버같은 종단 장치가 접속된 포트에서는 스위칭 루프가 발생하지 않는다. 따라서, 이런 포트는 링크가 살아나느 즉시 전송상태로 변경하여도 문제가 되지 않는다. 포트패스트를 설정하는 방법은 전체 설정모드와 인터페이스에 설정모드 두 가지가 있다. 전체 설정모드에서 포트패스트는 일시적인 프레임 루프가 발생할 수 있으므로 가능하면 인터페이스에 포트패스트를 설정하는 것이 좋다.

interface에 portfast 설정 ※경고메시지가 뜬다.

interface에 portfast가 설정되어 있을시 차단상태에서 전송상태로 건너 뛴다는 디버그 메시지가 표시된다.

○업링크 패스트:uplinkfast는 직접 연결된 링크가 다운되었을 때 차단상태에 있는 포트를 즉시 전송상태로 변경시키는 역할을 한다.

uplinkfast 설정시 SW1 e0/1 <-> SW3 e0/1 link down시 SW3 e0/2 차단상태에서 즉시 전송상태로 변경

기본적인 STP 인터페이스 동작 순서

uplinkfast 설정

○업링크 패스트는 종단(access)스위치에서 설정해야 한다. 루트 스위치는 차단상태에 있는 포트가 없기 때문에 업링크 패스트를 설정해도 효과가 없다. 또한 설정시 나오는 메시지처럼 업링크 패스트 설정시 해당 스위치를 access 스위치로 만들기 위해 자신의 우선순위(priority)를 기본 32768에섯 49152로 변경한다.

 

uplinkfast를 설정하면 직접 링크 다운시 즉시 백업링크가 동작한다.

링크가 다시 살아나도 바로 역할이 변경되지 않고, 루트포트 지연 타이머가 동작한다.

○백본패스트:backbone fast는 직접 접속되어 있지 않은 간접 링크가 다운되었을 때, 차단상태의 포트에서 맥스 에이지를 생략하고 청취상태로 변경시킨다. 결과적으로 링크 다운시의 기본적인 STP 컨버전스 시간인 50초를 30초로 단축시킨다.

backbone fast 설정시 간접링크가 다운되었을 때 max age 20초를 생략

○스위치 SW2와 루트스위치를 연결하는 e0/0 link가 down되면 SW2는 자신의 브리지 ID를 루트 ID로 설정한 BPDU를 SW3에게 전송하기 시작한다. 이런 BPDU를 다운되기 전에 설정된 루트 ID(스위치 SW1)보다 우선순위가 떨어지기 때문에 후순위(inferior) BPDU라고 한다.
후순위 BPDU를 수신한 SW3은 인접 스위치 SW2와 루트스위치 사이에 있는 링크가 다운된 것을 감지한다. 자신과 루트 스위치를 연결하는 링크 상태에는 문제가 없는지 확인하기 위한 프레임을 루트 스위치로 전송한다. 이 때 사용되는 패킷을 RLQ(root link query)패킷이라고 한다.
RLQ패킷을 수신한 루트 스위치는 링크가 이상없음을 알리는 RLQ 응답 패킷을 SW3에게 보낸다.
RLQ프로토콜을 이용하여 자신과 루트 스위치 사이의 링크는 이상 없다는 것이 확인되었다. SW3은 즉시 차단상태인 포트 e0/2의 max age를 만료시키고 listening 상태로 들어간다.

backbone fast가 설정되지 않았을 때의 동작. SW3은 SW2에서 후순위 BPDU를 10번 수신 후 max age가 종료되면 SW2와 연결되는 e0/2를 listening 상태로 변경한다.

backbonefast 설정.백본패스트는 모든 스위치에 설정해야한다.(SW1,SW2,SW3에 동일하게 설정한다.)

backbone fast 설정 후 후순위 BPDU 수신 즉시 blocking -> listening 상태로 변경한다.

백본패스트 설정 확인

 

모드	설정위치	효과
port fast	interface	즉시 전송상태, 30초 절약
uplink fast	access sw	즉시 전송상태, 30초 절약
backbone fast	all sw	맥스 에이지 생략, 20초 절약

○스패닝 트리 타이머 조정:STP의 헬로(hello)시간,맥스에이지(max age)및 전송 지연시간(forward delay)을 직접 조정하여 컨버전스 시간을 단축시킬 수 있다. STP에서 기본 타이머 값인 헬로 2초, 맥스 에이지 20초, 전송 지연시간 15초는 네트워크 디아미터(diameter)가 7인 경우를 가정하고 layer 2 loop가 발생하지 않도록 설정된 것이다. 따라서, 네트워크 디아미터의 크기가 작은 경우 타이머들의 값을 줄여 컨버전스 시간을 줄일 수 있다. 그러나, 조정이 잘못되면 layer 2 loop가 발생할 가능성이 크므로 spanning-tree root 명령어에서 diameter 옵션을 사용하여 스위치가 자동으로 타이머 값들을 변경하게 하는 것이 안전하다. 그러나 이 경우 원하는 스위치가 루트로 지정되지 않을 수도 있으므로 표를 참조하여 타이머를 직접 조정해주면 layer 2 loop가 발생할 가능성이 적으면서 컨버전스가 빨리 일어난다.

 

diameter	2	3	4	5	6	7
hello	2	2	2	2	2	2
forward-time	7	9	10	12	13	15
max-age	10	12	14	16	18	20

 

 

 

타이머 값은 루트 스위치에서 설정된 것이 사용된다. 따라서 반드시 루트 스위치에서 조정해야만 전체 네트워크에 적용된다. 루트 스위치가 아닌 것에서 설정하면, 나중에 자신이 루트가 되어야만 적용된다.