القائمة الرئيسية

الصفحات

دورة CCNA 200-301 - الدرس السادس والثلاثون (مدخل الى بروتوكول Spanning-Tree)

 

دورة CCNA 200-301 - الدرس السادس والثلاثون (مدخل الى بروتوكول Spanning-Tree)

دورة CCNA 200-301 - الدرس السادس والثلاثون (مدخل الى بروتوكول Spanning-Tree)

Spanning-tree هو بروتوكول يعمل على السويشات ويساعد في حل مشكلة الحلقات (loops). Spanning-tree هو أحد البروتوكولات التي يجب أن تفهمها كمهندس شبكات وستواجهها بالتأكيد إذا قررت إجراء إختبار CCNA. هذا الدرس عبارة عن مقدمة لهذا البروتوكول ، وسوف تتعلم سبب حاجتنا إليه ، وكيف يعمل وكيف يمكنك التحقق من تصميم هذا البروتوكول على سويشات سيسكو الخاصة بك.



لماذا نحتاج الى بروتوكول الشجرة الممتدة STP؟

في البداية يجب أن تفهم ما هي الحلقة وكيف تحدث؟ دعني إريك مثالا:

مفاتيح كابل واحد


في الصورة أعلاه لدينا اثنان من السويشات. هذه السويشات متصلة ببعضها البعض بكابل واحد بحيث توجد نقطة عطل واحدة ، وللتخلص من نقطة الفشل هذه سنضيف كابلًا آخر:

مفاتيح كابل زائدة عن الحاجة


مع الكابل الإضافي لدينا الآن كابل فائض. لسوء الحظ بالنسبة لنا ، فإن اضافة كابلات اضافية يجلب الحلقات أيضًا. لماذا لدينا حلقة في السيناريو أعلاه؟ دعني اوضح ذلك:

  • يرسل الجهاز H1 طلب ARP لأنه يبحث عن عنوان الماك الخاص بجهاز H2. طلب ARP هو فريم بث (برودكاست) اي انه يرسل الى جميع الاجهزة على الشبكة.
  • سوف يقوم السويش SW1 بإعادة توجيه فريم البث هذا الى جميع وصلاته، باستثناء الوصلة التي اتى منها الفريم.
  • سوف يتلقى السويش SW2 فريمات البث.

الآن ماذا سيفعل SW2 بفريمات البث هذهِ؟

  • سيُعيد توجيها من كل وصلة باستثناء الوصلة التي استقبل منها الفريم.
  • هذا يعني أنه سيتم إعادة توجيه الفريم الذي تم استلامه على الوصلة Fa0/0 من خلال الوصلة Fa1/0.
  •  سيتم إعادة توجيه الفريم الذي تم استلامه على الوصلة Fa1/0 من خلال الوصلة Fa0/0.

هل ترى إلى أين يتجه الامر؟ لدينا حلقة! سيستمر كِلا السويشين في إعادة التوجيه مرارًا وتكرارًا حتى يحدث ما يلي:

  • إصلاح الحلقة بفصل أحد الكابلات من قبل مهندس الشبكة.
  • سيتعطل أحد السويشين نظرًا لغزارة حركة المرور.

لا تحتوي فريمات الايثرنيت على قيمة TTL (مدة البقاء) ، لذا ستدور في الشبكة إلى الأبد. إلى جانب طلبات الـ ARP ، هناك العديد من الفريمات التي يتم بثها. على سبيل المثال ، عندما لا يعرف السويش عنوان MAC الوجهة وستحدث نفس المشكلة.


كيف يحل بروتوكول الشجرة الممتدة الحلقات

سيساعدنا هذا البروتوكول في إنشاء تصميمات خالية من الحلقات عن طريق ايقاف وصلات معينة عن العمل. دعونا نلقي نظرة على كيفية عمل بروتوكول الشجرة الممتدة! اليك مثال:

مفاتيح في مثلث


لدينا ثلاث سويشات وكما ترون لقد أضفنا وفرة في الشبكة عن طريق توصيل السويشات على شكل مثلث ، وهذا يعني أيضًا أن لدينا حلقة هنا. لقد أضفت عناوين MAC ولكني قمت بتبسيطها في هذا المثال:

  • SW1: AAA
  • SW2: BBB
  • SW3: CCC

نظرًا لتفعيل بروتوكول الشجرة الممتدة ، سترسل جميع سويشاتنا فريماً خاصًا لبعضها البعض يسمى BPDU (وحدة بيانات بروتوكول الجسر). في BPDU هذا ، هناك نوعان من المعلومات التي تحتاجها هذه الشجرة الممتدة:

  • عنوان الماك
  • Priority الاولوية

يشكل عنوان MAC والأولوية معًا معرف الجسر BPDU . يتم إرسال BPDU بين السويشات كما هو موضح في الصورة التالية:

مفاتيح إرسال bpdu


يطلب البروتوكول معلومات معرف الجسر من اجل عملية حسابية. اسمحوا لي أن أشرح كيف يعمل:

  • في البداية ، ستختار الشجرة الممتدة سويش ليكون السويش الروت root bridge ؛ سيكون هذا السويش هو السويش الذي يحتوي على أفضل "معرف جسر bridge ID".
  • السويش الذي يحتوي على معرّف الجسر bridge ID الأدنى هو الأفضل.
  • بشكل افتراضي ، تكون قيمة خانة الأولوية هي 32768 ولكن يمكننا تغيير هذه القيمة إذا أردنا ذلك.

إذن من سيصبح الروت سويش؟ في مثالنا ، سوف يصبح سويش SW1 الروت سويش! الأولوية وعنوان الماك يشكلان قيمة معرف الجسرbridge ID. نظرًا لأن الأولوية هي نفسها في جميع السويشات، فسيكون عنوان MAC هو الفاصل. SW1 لديه أدنى عنوان MAC وبالتالي فهو يحتوي على أفضل bridge ID وسيصبح هو السويش الروت.


تكون المنافذ الموجودة على الروت السويش الخاص بنا في حالة تسمى designated مما يعني أنها في حالة توجيه مستمر للبيانات. الق نظرة على الصورة التالية:

انتخب الجذر stp


أعلاه ترى أن SW1 قد تم انتخابه كروت سويش وأن الحرف "D" على الوصلات ومعناه designated اي توجيه للبيانات .


لقد اتفقنا الآن على الروت سويش ، فإن خطوتنا التالية لجميع السويشات الاخرى التي ليست بروت . يجب أن نجد أقصر طريق يوصلنا للروت سويش! يُطلق على أقصر مسار إلى الروت اسم "منفذ الروت root port". ألق نظرة على المثال الخاص بي:

تم اختيار stp rootport


لقد وضعت حرف "R" للدلالة على "منفذ الروت" على SW2 و SW3 ، فوصلة Fa0/0 هي أقصر طريق للوصول إلى الروت. في المثال السابق، أبقيت الأمور بسيطة ولكن "أقصر مسار" في الشجرة الممتدة يعني أنها ستنظر فعليًا في سرعة الوصلة. كل وصلة لها تكلفة معينة وسيتم استخدام المسار بأقل تكلفة. فيما يلي نظرة عامة على الوصلات وتكلفتها:

  • 10 ميجابت = التكلفة 100
  • 100 ميجابت = التكلفة 19
  • 1000 ميجابت = التكلفة 4

ممتاز! … لقد قمنا بتعيين منافذ designated على جهاز الروت وعلى منافذ الروت على السويشات التي ليست بروت ، ولكن ما زالت الحلقة موجودة. نحن بحاجة إلى إغلاق منفذ بين SW2 و SW3 لكسر تلك الحلقة. إذن ما هو المنفذ الذي سنغلقه؟ هل هو الموجود في SW2 أو الموجود في SW3؟ سنلقي نظرة مرة أخرى على أفضل معرف جسر bridge ID :

  • Bridge ID = Priority + MAC address.

الأقل هو الأفضل ، كلا السويشين لهما نفس الأولوية ولكن عنوان الماك الخاص بـ SW2 هو الأقل ، هذا يعني أن SW2 "سيربح هذه المعركة". SW3 هو الخاسر هنا مما يعني أنه سيتعين عليه إغلاق منفذه ، وكسر الحلقة الخاصة بنا بشكل فعال! ألق نظرة على المثال ادناه:

منفذ بديل stp




إذا نظرت إلى الرابط بين SW2 و SW3 ، يمكنك أن ترى أن الوصلة Fa1/0 الخاصة بـ SW3 تحمل العلامة "A" والتي تعني البديل. تم اغلاق المنفذ البديل! أحيانًا يُطلق على المنفذ البديل اسم منفذ ND (non-designated)   ، ومن خلال إغلاق هذه الوصلة ، تمكنا من حل مشكلة الحلقة.

 

التبديل القديم القذر


نظرًا لأن الأولوية الافتراضية هي 32768 ، فإن أداة الفصل لتحديد الروت هي عنوان MAC. في البيئات الانتاجية ، ما هو السويش الذي تعتقد أنه سيتم انتخابه ليكون بمثابة الروت؟


هل هو السويش صاحب العلامة التجارية الجديدة أو هذا السويش القديم المتسخ الذي تم استخدامه كمجمع للغبار على مدار السنوات الثماني الماضية؟


من المحتمل أن يكون للسويش القديم عنوان MAC أقل وبالتالي سيتم انتخابه كروت. ألا تبدو فكرة جيدة ، أليس كذلك؟ لهذا السبب يمكننا تغيير الأولوية لتحديد أي سويش سيصبح روت.


هل تتابعني حتى الآن؟ حسناً! لقد تعلمت للتو أساسيات بروتوكول الشجرة الممتدة. دعونا نضيف المزيد من التفاصيل إلى هذه القصة…


دعنا نواصل القصة ونزيد من تعزيز معرفتك. إذا كنت قد لعبت ببعض سويشات سيسكو قبل أن تلاحظ أنه في كل مرة تقوم فيها بتوصيل كابل ، يكون المصباح الموجود أعلى الوصلة باللون البرتقالي وبعد فترة يصبح أخضر. يا ترى مالذي يحدث في هذه اللحظة . في الحقيقة الذي يحدث هو أن الشجرة الممتدة تحدد حالة الوصلة ؛ هذا ما يحدث بمجرد توصيل الكابل:

  • الوصلة في وضع الاستماع لمدة 15 ثانية. في هذه المرحلة ، سوف تتلقى وترسل وحدات BPDU ، ولا تزال لا تعلم عناوين الماك ولا يتم نقل أي بيانات.
  • الوصلة في وضع التعلم لمدة 15 ثانية. ما زلنا نرسل ونستقبل وحدات BPDU ولكن الآن سوف يتعرف السويش أيضًا على عناوين MAC ، ومع ذلك لا يوجد أي عملية نقل للبيانات.
  • في المرحة الاخيرة ننتقل إلى وضع التوجيه وأخيراً يمكننا البدء في نقل البيانات حيث يصبح لون المصباح أعلى الوصلة باللون الاخضر!

هذه صورة توضيحية:

دول ميناء Stp


اعداد بروتوكول الشجرة الممتدة على سويشات سيسكو

الآن لديك فكرة عن ماهية بروتوكول الشجرة الممتدة. دعنا نلقي نظرة على بعض سويشات سيسكو لنرى كيف يمكننا اعدادها. سأستخدم نفس الشكل الذي عرضته عليك سابقًا ولكن لدينا وصلات مختلفة.

مفاتيح في مثلث 2


هذا هو التصميم اللذي سنستخدمه. يتم تمكين Spanning-tree بشكل افتراضي ؛ لنبدأ بالتحقق من بعض أوامر show.

SW1#show spanning-tree

VLAN0001
Spanning tree enabled protocol ieee
Root ID    Priority    32769
Address     000f.34ca.1000
Cost        19
Port        19 (FastEthernet0/17)
Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

Bridge ID  Priority    32769  (priority 32768 sys-id-ext 1)
Address     0011.bb0b.3600
Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
Aging Time 300

Interface           Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
------------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/14              Desg FWD 19        128.16   P2p
Fa0/17              Root FWD 19        128.19   P2p


يعد أمر show spanning-tree أهم أمر show يجب تذكره. هناك بعض الأشياء هنا لذا سأقوم بتفصيلها لك!

VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol ieee

نحن نبحث في معلومات الشجرة الممتدة لشبكة VLAN 1. تحتوي الشجرة الممتدة على إصدارات متعددة والإصدار الافتراضي على سويشات سيسكو هو PVST (شجرة ممتدة لكل VLAN). هذه هي الشجرة الممتدة لـ VLAN 1

Root ID      Priority    32769
             Address     000f.34ca.1000
             Cost        19
             Port        19 (FastEthernet0/17)

هنا ترى معلومات الروت. يمكنك أن ترى أن له أولوية 32769 وأن عنوان MAC الخاص به هو 000f.34ca.1000. من منظور SW1 ، فإن تكلفة الوصول إلى الروت هي 19. يُطلق على المنفذ الذي يؤدي إلى الروت هو الروت بورت ، أما بالنسبة لـSW1 فهو fa0/17.

Bridge ID  Priority    32769  (priority 32768 sys-id-ext 1)
             Address     0011.bb0b.3600

يوضح لنا هذا الجزء من المعلومات حول السويش SW1. هناك شيء مضحك حول الأولوية هنا … يمكنك رؤيته يظهر شيئين:

  • الأولوية 32769
  • الأولوية 32768 sys-id-ext 1

قيمة sys-id-ext التي تراها هي رقم الـ VLAN. الأولوية هي 32768 ولكن الشجرة الممتدة ستضيف رقم VLAN لذلك ينتهي بنا الأمر بقيمة الأولوية 32769. أخيرًا وليس آخرًا يمكننا رؤية عنوان MAC الخاص بـ SW1 وهو 0011.bb0b.3600.

Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

فيما يلي بعض المعلومات حول المؤقتات المختلفة التي تستخدمها الشجرة الممتدة:

  • مؤقت ارسال رسالة hello: يتم إرسال وحدة BPDU كل ثانيتين.
  • الحد الأقصى للعمر: إذا لم نتلق وحدات BPDU لمدة 20 ثانية ، فنحن نعلم أن شيئًا ما قد تغير في الشبكة ونحتاج إلى إعادة التحقق.
  • مؤقت Forward: يستخدم هذا المؤقت لحالات الاستماع والتعلم. وهو وقت التأخير بين كل حالة وهو 15 ثانية بشكل افتراضي.

Interface           Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
------------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/14              Desg FWD 19        128.16   P2p 
Fa0/17              Root FWD 19        128.19   P2p
يوضح لنا الجزء الأخير من أوامر show spanning-tree الوصلات وحالتها. يحتوي SW1 على منفذين:
  • Fa0/14 هو منفذ مخصص وفي وضع التوجيه (FWD).
  • Fa0/17 هو منفذ روت وهو في وضع التوجيه (FWD).

خانة prio.nbr التي تراها هنا هي أولوية المنفذ التي شرحتها سابقًا. سنلعب بهذا بعد قليل.

نظرًا لأن السويشات الغير الروت فقط لها منفذ روت ، يمكنني أن أستنتج أن SW1 هو سويش ليس بروت. كذلك فإن وصلة fa0/17 على SW1 تؤدي إلى الروت.

دعونا نلقي نظرة على SW2 لنرى ما نجده:
SW2#show spanning-tree 

VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol ieee
  Root ID    Priority    32769
             Address     000f.34ca.1000
             Cost        19
             Port        18 (FastEthernet0/16)
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

 Bridge ID  Priority    32769 (priority 32768 sys-id-ext 1)
             Address     0019.569d.5700
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time 300

Interface           Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
------------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/14              Altn BLK 19      128.16   P2p 
Fa0/16              Root FWD 19      128.18   P2p
ما الذي نراه هنا؟
Root ID    Priority    32769
             Address     000f.34ca.1000
             Cost        19
             Port        18 (FastEthernet0/16)
هنا نرى معلومات حول الروت. هذه المعلومات مشابهة لما رأيناه في SW1. يبدو أن منفذ الروت لـ SW2 هو fa0/16.

Bridge ID  Priority    32769  (priority 32768 sys-id-ext 1)
             Address     0019.569d.5700
هذه هي المعلومات حول SW2. الأولوية هي نفسها الموجودة في SW1 ، يختلف عنوان MAC فقط (0019.569d.5700).
Interface           Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
------------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/14              Altn BLK 19        128.16   P2p 
Fa0/16              Root FWD 19        128.18   P2p
هذا الجزء يبدو مثيرا للاهتمام. هناك شيئان نراهما هنا:
• الوصلة fa0/14 هي منفذ بديل وهو في وضع حظر (BLK).
• الوصلة fa0/16 هي منفذ روت وهي في وضع توجيه (FWD).

أخيرًا وليس آخرًا ، دعنا نتحقق من SW3:
SW3#show spanning-tree 

VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol ieee
  Root ID    Priority    32769
             Address     000f.34ca.1000
             This bridge is the root
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    32769  (priority 32768 sys-id-ext 1)
             Address     000f.34ca.1000
             Hello Time   2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time 300

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/14           Desg FWD 19        128.14   P2p 
Fa0/16           Desg FWD 19        128.16   P2p

دعنا نقسم ما لدينا هنا:
Root ID    Priority    32769
             Address     000f.34ca.1000
             This bridge is the root
يا للعجب … سويش SW3 هو الروت في هذه الشبكة. لقد عرفنا ذلك بالفعل لأن SW1 و SW2 كلاهما ليسا بروت ولكن اليك الطريقة العملية التي نتحقق بها من خلال النظر في SW3.
Bridge ID    Priority    32769  (priority 32768 sys-id-ext 1)
             Address     000f.34ca.1000
يمكننا أيضًا رؤية عنوان الماك الخاص بـ SW3.
Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/14           Desg FWD 19        128.14   P2p 
Fa0/16           Desg FWD 19        128.16   P2p
كلا المنفذين على SW3 هي منافذ designated وفي وضع التوجيه (FWD).

لقد رأيت الآن كيف يبدو تصميم بروتكول الشجرة الممتدة. لماذا تم اختيار SW3 كروت سويش؟ سيتعين علينا التحقق من معرف الجسر للإجابة:
SW1#show spanning-tree | begin Bridge ID
  Bridge ID  Priority    32769  (priority 32768 sys-id-ext 1)
             Address     0011.bb0b.3600
SW2#show spanning-tree | begin Bridge ID
  Bridge ID  Priority    32769  (priority 32768 sys-id-ext 1)
             Address     0019.569d.5700
SW3#show spanning-tree | begin Bridge ID
  Bridge ID  Priority    32769  (priority 32768 sys-id-ext 1)
             Address     000f.34ca.1000

الأولوية هي نفسها في جميع السويشات (32768) لذلك علينا أن ننظر إلى عناوين MAC:
  • SW1: 0011.bb0b.3600
  • SW2: 0019.569d.5700
  • SW3: 000f.34ca.1000

SW3 لديه أدنى عنوان MAC ولهذا السبب أصبح روت. لماذا تم حظر الوصلة fa0/14 على SW2 وليس الوصلة fa0/14 على SW1؟ مرة أخرى علينا أن ننظر إلى معرف الجسر. الأولوية هي 32768 على كلا السويشين، لذا يتعين علينا مقارنة عنوان MAC:
  • SW1: 0011.bb0b.3600
  • SW2: 0019.569d.5700

يحتوي SW1 على عنوان MAC أقل وبالتالي يكون معرف الجسر أفضل. لهذا السبب خسر SW2 هذه المعركة واضطر إلى إغلاق واصلته fa0/14.

هذا كل شيء! لقد تعلمت الآن كيفية عمل بروتوكول الشجرة الممتدة وكيف يمكنك التحقق من تصميم الشجرة الممتدة على سويشات سيسكو الخاصة بك. إذا كنت قد استمتعت بهذا الدرس ، فالرجاء ترك تعليق أو مشاركته على فايسبوك أو تويتر.


reaction:

تعليقات