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20220822-stp_jikken.md

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STP(実験)

概要

  • 実験日: 2022/08/22
  • CCNA第8章相当
  • 研究室での実験では、スイッチの数が足らなかったためルーターを代用した
  • それによって実験できない部分が発生したため、当レポートはPacket Tracerを使用して自宅で再度実験を行ってまとめたものである
  • STP関連の詳しい情報は「20220822-STPknowledge.md」で記述してあるため省略

1. 実験環境

実験環境を以下に示す。 STP実験環境 図１　実験環境

  • CCNA完全合格テキストのp712 図8.3.1を参考
  • 各スイッチの接続されているインターフェースはVlan10に所属
  • PC0のIPアドレス：192.168.100.1
  • PC1のIPアドレス：192.168.100.2

2. 実験内容

実験１

各スイッチでshow spaning-tree vlan 10で詳細確認

結果

以下のような出力となった。

スイッチ０：

Switch#show spanning-tree vlan 10
VLAN0010
Spanning tree enabled protocol ieee　・・・①
Root ID Priority 32778　・・・②
Address 0001.4263.B165
Cost 19
Port 1(FastEthernet0/1)
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec

Bridge ID Priority 32778 (priority 32768 sys-id-ext 10)　・・・③
Address 00E0.F7D5.651A
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Aging Time 20

Interface　　　　　Role　Sts　Cost　　　　Prio.Nbr Type　・・・④

Fa0/1　　　　　　　Root　FWD　19　　　　　128.1　　P2p
Fa0/2　　　　　　　Altn　BLK　　19　　　　　128.2　　P2p

スイッチ１：

Switch#show spanning-tree vlan 10
VLAN0010
Spanning tree enabled protocol ieee　・・・①
Root ID Priority 32778　・・・②
Address 0001.4263.B165
Cost 19
Port 2(FastEthernet0/2)
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec

Bridge ID Priority 32778 (priority 32768 sys-id-ext 10)　・・・③
Address 0001.647A.9640
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Aging Time 20

Interface　　　　Role　Sts　Cost　　　　Prio.Nbr　Type　・・・④

Fa0/1　　　　　　Desg　FWD　19　　　　　128.1　　P2p
Fa0/2　　　　　　Root　FWD　19　　　　　128.2　　P2p
Fa0/3　　　　　　Desg　FWD　19　　　　　128.3　　P2p

スイッチ２：

Switch#show spanning-tree vlan 10
VLAN0010
Spanning tree enabled protocol ieee　・・・①
Root ID Priority 32778 　・・・②
Address 0001.4263.B165
This bridge is the root
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec

Bridge ID Priority 32778 (priority 32768 sys-id-ext 10)　・・・③
Address 0001.4263.B165
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec
Aging Time 20

Interface　　　　　Role　Sts　Cost　　　　Prio.Nbr　　Type　・・・④

Fa0/1　　　　　　　Desg　FWD　19　　　　　128.1　　　P2p
Fa0/2　　　　　　　Desg　FWD　19　　　　　128.2　　　P2p
Fa0/3　　　　　　　Desg　FWD　19　　　　　128.3　　　P2p

出力結果から以下の項目を確認することができた。
①　動作するSTPの種類
②　ルートブリッジの情報
③　スイッチ自身の情報
④　各インターフェースの情報

実験２

各スイッチでshow spaning-tree interfaceでインターフェースごとに確認

結果

以下のような出力となった。

スイッチ０のFe0/2：

Switch#show spanning-tree interface fastEthernet 0/2
Vlan　　　　　　　　Role　Sts　Cost　　　　Prio.Nbr　Type
VLAN0010　　　　　Altn　BLK　19　　　　　128.2　　P2p

スイッチ１のFe0/2：

Switch#show spanning-tree interface fastEthernet 0/2
Vlan　　　　　　　　Role　Sts　Cost　　　　Prio.Nbr　Type
VLAN0010　　　　　Root　FWD　19　　　　　128.2　　P2p

スイッチ２のFe0/2：

Switch#show spanning-tree interface fastEthernet 0/2
Vlan　　　　　　　　Role　Sts　Cost　　　　Prio.Nbr　Type
VLAN0010　　　　　Desg　FWD　19　　　　　128.2　　P2p

出力結果から各インターフェースの状態を確認することができた。
また、図１の構成と矛盾がなく状態もフォワーディングで通信できる状態であった。

実験３

PC0からPC1へPingを打って疎通確認

仮説

実験１、２で通信できる状態であることは確認できているため、Pingは通る。

結果

PC0からPC1へのPingが通った。

C:>ping 192.168.100.2

Pinging 192.168.100.2 with 32 bytes of data:

Reply from 192.168.100.2: bytes=32 time<1ms TTL=128
Reply from 192.168.100.2: bytes=32 time=1ms TTL=128
Reply from 192.168.100.2: bytes=32 time<1ms TTL=128
Reply from 192.168.100.2: bytes=32 time=2ms TTL=128

Ping statistics for 192.168.100.2:
Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),
Approximate round trip times in milli-seconds:
Minimum = 0ms, Maximum = 2ms, Average = 0ms

実験4　

スイッチ0と２の通信を切断して、スイッチ0のFe0/2の挙動の確認

結果

パケットトレーサーでは2960-24TTというスイッチでdebug spanning-tree eventsコマンドが使えなかったため、
show spanning-tree fastEthernet 0/2コマンドでポートの変化を確認した。

以下のような出力となり、切断されたタイミングで非指定ポートからルートポートに変化して動作することが確認できた。
この際に、コンバージェンスできるまでに数十秒かかった。

切断前：

VLAN0010　　　　　Altn　BLK　19　　　　128.2　　　P2p

切断後

VLAN0010　　　　　Root　LSN　19　　　　128.2　　　P2p
　　　　　　　　　　　　　　↓↓↓
VLAN0010　　　　　Root　LRN　19　　　　128.2　　　P2p
　　　　　　　　　　　　　　↓↓↓
VLAN0010　　　　　Root　FWD　19　　　　128.2　　　P2p

実験5　

スイッチ１のブリッジプライオリティを4096で変更
ルートブリッジが変わるかをshow spaning-tree vlan 10で確認

結果

vlan10なのでブリッジプライオリティが4096+10の4106に変更されていた。

Root ID　　　Priority　　4106

また、各スイッチでshow spanning-tree vlan 10を打つと、以下に示す通りルートブリッジがスイッチ１となり、各スイッチのポートも変化していた。
スイッチ０：

Interface　　　　　Role　Sts　Cost　　　　Prio.Nbr Type　

Fa0/1　　　　　　　Altn　BLK　　19　　　　　128.1　　P2p
Fa0/2　　　　　　　Root　FWD　　19　　　　　128.2　　P2p

スイッチ１：

Root ID Priority 4106 　 Address 0001.647A.9640
This bridge is the root
Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec

Interface　　　　Role　Sts　Cost　　　　Prio.Nbr　Type　

Fa0/1　　　　　　Desg　FWD　19　　　　　128.1　　P2p
Fa0/2　　　　　　Desg　FWD　19　　　　　128.2　　P2p
Fa0/3　　　　　　Desg　FWD　19　　　　　128.3　　P2p

スイッチ２：

Interface　　　　Role　Sts　Cost　　　　Prio.Nbr　Type　

Fa0/1　　　　　　Desg　FWD　19　　　　　128.1　　P2p
Fa0/2　　　　　　Root　FWD　19　　　　　128.2　　P2p
Fa0/3　　　　　　Desg　FWD　19　　　　　128.3　　P2p

実験6　

PC0につながっているスイッチ２のFe0/1をspanning-tree portfastコマンドでportfastの設定を行い、挙動の確認
※ エッジポートとなるポート以外に設定するとブロードキャストストームが起きるので注意！

結果

通常であればリスニングからラーニングで15秒、ラーニングからフォワーディングで15秒かかるはずだが、図2（パケットトレーサーではdebugによる調査が行えなかったため、研究室で実験を行った際の画像を使用）のようにブロッキングからすぐにフォワーディングに遷移していることがわかる。
portfast.jpeg
図２　portfastの設定を行った際の画面

実験7　

spanning-tree mode rapid-pvstコマンドでRSTPを動作させ挙動の確認

結果

各スイッチでshow spanning-tree vlan 10を打つと、Spanning tree enabled protocolがrstpに変化していることが確認できた。
また、今回の実験環境ではSTPではただの非指定ポートだったポートがRSTPでは代替ポートとなっているため、スイッチ0とスイッチ1の間のケーブルを一度抜いて再び繋いでみると、接続した直後にフォワーディング状態となり数秒でコンバージェンスできた。

3. まとめ

今回の実験を通して知り得たことを以下に箇条書きで示す。

  • STPを用いることでブロードキャストストームを防ぎ、スイッチの冗長化を行うことができる
  • show spanning-tree vlan [番号]で、vlanごとにSTPの情報を確認することができる
  • show spanning-tree interface [インターフェース名]で、インターフェースごとにSTPの情報を確認することができる
  • ブリッジプライオリティを変更することでルートブリッジや各ポートの役割が、パスコストを変更することで各ポートの役割が変更される
  • スイッチなどに接続されないポートにはportfastを設定することで、数秒でフォワーディング状態に遷移させれる
  • 障害発生時には、BPDUを送りあうことでポートの役割を変更する
  • その際に、STPでは転送遅延タイマーなどの兼ね合いでコンバージェンスまでに30秒ほどかかってしまう
  • RSTPでは、非指定ポートが代替ポートもしくはバックアップポートとなり数秒でコンバージェンスできる

4. Packet Tracer

STP.pkt