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スイッチング / スパニングツリープロトコル 

  - STP/RSTP基本設定 
  - マルチプルスパニングツリープロトコル（MSTP）
   - MSTP概要 
   - MSTインスタンス 
   - MSTリージョン 
    - MSTインスタンスとVLANの関連付けについて
   - CIST 
   - MSTP基本設定
  - パラメーターの設定変更
スパニングツリープロトコルは、スイッチ（ブリッジ）ネットワークにおいて、冗長経路（複数経路）の設定を可能とし、ネットワークの耐障害性を高めるプロトコルです。

ネットワーク上に複数の経路を設定し、障害発生時に迂回路を使えるようにすることは自然な発想ですが、Ethernetではループ状の経路がブロードキャストストームによるネットワーク停止を招くため、そのままでは複数経路の設定自体ができません。

スパニングツリープロトコルを使用すると、ブリッジ同士がメッセージを交換し合うことにより、すべてのブリッジを含むツリー状の論理経路（スパニングツリー）が自立的に構築されます。物理的にループが存在しても、ツリーを構成しないポートは自動的にブロックされるため、パケットがループすることはありません。

また、障害が発生して一部の経路が不通になったときは、ツリーの再計算が行われ、自動的に新しい経路に切り替わる冗長機能も備えています。

スパニングツリープロトコルにはいくつかの種類がありますが、本製品では以下のバージョンをサポートしています。

表 1：スパニングツリープロトコルの種類
名称
略称
対応規格
スパニングツリープロトコル（STANDARDモード） STP IEEE 802.1D-1998
スパニングツリープロトコル（RAPIDモード） RSTP (Rapid STP) IEEE 802.1D-2004
マルチプルスパニングツリープロトコル MSTP (Multiple STP) IEEE 802.1Q-2005


Note - STP/RSTPとMSTPを同時に有効化することはできません。

Note - スパニングツリープロトコルを使用する際は、インターフェースのディレクションをNETWORKに設定してください。インターフェースのディレクションの設定変更は、SET INTERFACE GEコマンドまたはSET INTERFACE XEコマンドで行えます。

STP/RSTP基本設定

本製品は、VLANグループ（1つ以上のVLANで構成）ごとに個別のスパニングツリーを構成するマルチプルSTPインスタンスに対応していますが、初期設定ではVLAN default、ユーザー定義のVLANとも、全てのVLANが初期設定のRSTPのインスタンス名「MAIN」所属となります。

以下、スパニングツリープロトコル（STP/RSTP）の基本設定コマンドについて解説します。

Note - 802.1X認証のAuthenticatorポートでは、スパニングツリープロトコルを使用できません。

Note - 初期設定はRSTPです。STPを使用するにはSET STPコマンドのPROTOCOLパラメーターを使用します。

■ スパニングツリープロトコルを有効にするにはENABLE STPコマンドとENABLE STP INTERFACEコマンドを使います。各STPインスタンスの初期設定は無効です。


■ スパニングツリープロトコルを無効にするにはDISABLE STPコマンドを使います。


■ スパニングツリーの設定を確認するにはSHOW STPコマンドを使います。


■ スパニングツリーのポート情報を確認するにはSHOW STP INTERFACEコマンドを使います。


■ スパニングツリーの統計カウンターを確認するにはSHOW STP COUNTERコマンドを使います。


マルチプルスパニングツリープロトコル（MSTP）

 マルチプルスパニングツリープロトコル（MSTP）は、既存のスパニングツリープロトコル（STP/RSTP）をもとに、VLAN環境向けの機能拡張を施したレイヤー2のループ防止・冗長化プロトコルです。

この章では、MSTPの概要と使用方法について説明します。

Note - 本製品のマルチプルスパニングツリープロトコルは、IEEE802.1s Standardに準拠しています。IEEE802.1sドラフトバージョンに準拠した装置とは接続できません。

Note - STP/RSTPとMSTPを同時に有効化することはできません。なお、MSTPは既存のスパニングツリープロトコル（STP/RSTP）を使用している機器との相互運用が可能です。

MSTP概要

MSTPは、ツリー状の論理経路（スパニングツリー）を自動的に形成してループを防止する点において、RSTPと同様の動作をします。

ただし、MSTPでは、複数のVLANをMSTインスタンスと呼ばれるグループにまとめ、MSTインスタンスごとにツリーを形成します。この特長をうまく利用すれば、タグVLANを利用したスイッチ間接続などにおいて、ネットワーク負荷を分散させることができます。また、VLANごとにツリーを形成する場合に比べて、VLAN数の増加によるCPUやネットワーク負荷の上昇を抑えることができます。

さらに、MSTPでは、ネットワーク上のブリッジ（スイッチ）をMSTリージョンと呼ばれるグループに分割し、MSTリージョンごとに前述したMSTPの動作を行わせることができます。これは、大規模なネットワーク環境において、ネットワークの設計や管理を容易にする効果があります。

MSTインスタンス

MSTPでは、複数のVLANをまとめたものをMSTインスタンス（MSTI）と呼び、MSTインスタンスごとにスパニングツリーを形成します。MSTインスタンスは、1〜4094のインスタンスIDで識別します。


MSTインスタンスのルートブリッジは「リージョナルルート」と呼ばれ、MSTインスタンスにおけるブリッジプライオリティーとMACアドレスによって決定されます。

ブリッジプライオリティーはMSTインスタンスごとに設定できるため、MSTインスタンス「10」ではスイッチAがルートブリッジ、MSTインスタンス「20」ではスイッチBがルートブリッジ、といった構成を組むことができます。また、ポートプライオリティーもMSTインスタンスごとに設定できるため、MSTインスタンスごとに最適なポートをルートポートにすることができます。これらの仕組みはトラフィックの負荷分散に有効です。

本製品のMSTインスタンスの仕様は、次のとおりです。


MSTリージョン

MSTPでは、ネットワーク上のブリッジ（スイッチ）をMSTリージョンと呼ばれるグループに分割することができます。MSTリージョンは、他のリージョンからは1台の仮想ブリッジとして見えるため、MSTリージョン内のトポロジーチェンジはMSTリージョン内で完結し、リージョン外（ネットワーク全体）には影響を与えません。

すなわち、MSTPの動作は、次の2つのレベルに分かれているということになります。


本製品のMSTリージョンの仕様は、次のとおりです。


MSTP対応ブリッジは、あるポートにおいて自身と異なるMSTリージョン設定を持ったMSTP BPDUを受信すると、該当ポートがMSTリージョンの境界に位置するものと認識します。

また、旧バージョンのBPDU（STP BPDU、RSTP BPDU）を受信した場合も、受信ポートがMSTリージョンの境界に位置するものと認識します。この場合、STP/RSTPブリッジ（MSTP非対応のブリッジ）は、1つのMSTリージョンとみなします。

MSTインスタンスとVLANの関連付けについて

 本製品では、同一のMSTリージョンに所属させたいすべての装置において、以下の設定内容を同じにしておく必要があります。


いずれか1つでも設定が他の装置と異なっていると、該当装置は同一リージョン所属とみなされず、結果的に意図した動作をしない可能性があるためご注意ください。

ここでは、「MSTインスタンスとVLANの関連付け」について、補足説明します。

例として、負荷分散のため本製品4台（スイッチA〜D）で次の構成を組むと仮定とします。「V10-M10」のような表記は、MSTインスタンス10にVLAN 10が関連付けられていることを表しています。


ここでは、スイッチA〜Dを同一MSTリージョンにするため、MSTリージョン名とリビジョンをすべてのスイッチで同じに設定します。しかしそれだけでは、次表のように、各スイッチで「MSTインスタンスとVLANの関連付け」が異なっているため、実際には「スイッチAとB」、「スイッチC」、「スイッチD」の3つのリージョンに分割されてしまいます。これでは、意図したとおりに負荷分散が行われません。

表 2：MSTインスタンスとVLANの関連付けが異なる例
装置名
関連付け設定
スイッチA V10-M10 V20-M20 V30-M30 V40-M40
スイッチB V10-M10 V20-M20 V30-M30 V40-M40
スイッチC V10-M10 V20-M20 - -
スイッチD - - V30-M30 V40-M40


意図どおりの動作をさせるには、次の追加設定が必要になります。


これにより、各スイッチの「MSTインスタンスとVLANの関連付け」設定が次のように同じになり、すべてのスイッチが同一リージョンとみなされるようになります。

表 3：MSTインスタンスとVLANの関連付けが同一の例
装置名
関連付け設定
スイッチA V10-M10 V20-M20 V30-M30 V40-M40
スイッチB V10-M10 V20-M20 V30-M30 V40-M40
スイッチC V10-M10 V20-M20 V30-M30 V40-M40
スイッチD V10-M10 V20-M20 V30-M30 V40-M40


CIST

MSTPでは、デフォルトでID=0の特殊なインスタンスが存在します。これはCIST（Common and Internal Spanning Tree）と呼ばれ、MSTリージョン内のすべてのブリッジを接続し、さらには、MSTリージョン同士を接続して、ネットワーク全体をカバーするスパニングツリーを形成します。

MSTリージョン内におけるCISTツリーのルートブリッジを「CISTリージョナルルート」、ネットワーク全体のルートブリッジ（CISTのルートブリッジ）を「CISTルート」と呼びます。これらはCISTにおけるブリッジプライオリティーとMACアドレスによって決定されます。

デフォルトでは、すべてのVLANがCISTに関連付けられています。VLANをMSTインスタンスに関連付けると、そのVLANは自動的にCISTとの関連付けを解除されます。

MSTP基本設定

 本製品で、マルチプルスパニングツリープロトコルを使用するための基本設定について説明します。ここでは、次のような構成を例に各スイッチの設定方法を説明します。


この例では、説明のため構成をシンプルにしていますので、各スイッチの設定はほとんど同じで、各MSTインスタンスのルートブリッジ（リージョナルルート）を決めるブリッジプライオリティーの設定だけが異なっています。

スイッチAの設定
  1. VLANの設定を行います。


  2. MSTリージョンの識別情報、スパニングツリーのプロトコルを設定します。
    この例では、すべてのスイッチを同一のMSTリージョンに所属させるので、リージョン名（MSTREGION）とリビジョン（REVISIONLEVEL）をすべてのスイッチで同じ値に設定します。ここではリージョン名を「Test」、リビジョンを0とします。さらに、続く手順3〜4の設定内容（MSTインスタンスとVLANの関連付け）もすべてのスイッチで同じになるようにします。スパニングツリーのプロトコルを初期設定のRSTPからMSTPに変更します。


  3. MSTインスタンスを作成します。


  4. MSTインスタンスにVLANを割り当てます。


  5. 各MSTインスタンスにおけるブリッジプライオリティーを設定します。スイッチAはルートブリッジにするつもりがないので、どちらのMSTインスタンスにおいても他のスイッチより低く（値が大きく）なるよう、デフォルト値の32768のままで運用します（以下の2コマンドは実際には不要です）。


  6. マルチプルスパニングツリープロトコルを有効にします。


スイッチBの設定（MSTインスタンス「10」のルートブリッジ」）
  1. VLANの設定を行います。


  2. MSTリージョンの識別情報、スパニングツリーのプロトコルを設定します。
    この例では、すべてのスイッチを同一のMSTリージョンに所属させるので、リージョン名（MSTREGION）とリビジョン（REVISIONLEVEL）をすべてのスイッチで同じ値に設定します。ここではリージョン名を「Test」、リビジョンを0とします。さらに、続く手順3〜4の設定内容（MSTインスタンスとVLANの関連付け）もすべてのスイッチで同じになるようにします。スパニングツリーのプロトコルを初期設定のRSTPからMSTPに変更します。


  3. MSTインスタンスを作成します。


  4. MSTインスタンスにVLANを割り当てます。


  5. 各MSTインスタンスにおけるブリッジプライオリティーを設定します。スイッチBはMSTインスタンス「10」のルートブリッジにするので、MSTインスタンス「10」におけるブリッジプライオリティーを他のスイッチより高く（値を小さく）設定します。


  6. マルチプルスパニングツリープロトコルを有効にします。


スイッチCの設定（MSTインスタンス「20」のルートブリッジ」）
  1. VLANの設定を行います。


  2. MSTリージョンの識別情報、スパニングツリーのプロトコルを設定します。
    この例では、すべてのスイッチを同一のMSTリージョンに所属させるので、リージョン名（MSTREGION）とリビジョン（REVISIONLEVEL）をすべてのスイッチで同じ値に設定します。ここではリージョン名を「Test」、リビジョンを0とします。さらに、続く手順3〜4の設定内容（MSTインスタンスとVLANの関連付け）もすべてのスイッチで同じになるようにします。スパニングツリーのプロトコルを初期設定のRSTPからMSTPに変更します。


  3. MSTインスタンスを作成します。


  4. MSTインスタンスにVLANを割り当てます。


  5. 各MSTインスタンスにおけるブリッジプライオリティーを設定します。スイッチCはMSTインスタンス「20」のルートブリッジにするので、MSTインスタンス「20」におけるブリッジプライオリティーを他のスイッチより高く（値を小さく）設定します。


  6. マルチプルスパニングツリープロトコルを有効にします。


以上で設定は完了です。

■ マルチプルスパニングツリープロトコルを無効にするには、DISABLE STPコマンドを使います。


■ MSTインスタンスとVLANの関連付けを解除するには、DELETE STP INSTANCEコマンドを使います。


■ MSTインスタンスを削除するには、DESTROY STP INSTANCEコマンドを使います。


Note - VLANが関連付けられているMSTインスタンスは削除できません。あらかじめDELETE STP INSTANCEコマンドを実行して、所属VLANをすべて削除しておいてください。

■ マルチプルスパニングツリープロトコルの全般的な設定を確認するには、SHOW STPコマンドを使います。


■ MSTインスタンスに関する情報を確認するには、SHOW STPコマンドを使います。


■ CISTに関する設定を確認するには、SHOW STPコマンドでMAINを指定します。


■ CISTにおけるポートの設定情報を確認するには、SHOW STPコマンドを使います。


パラメーターの設定変更


設定タイマーの変更方法など、より詳細な設定について解説します。

■ STPインスタンス、MSTPインスタンスのスパニングツリーパラメーター（各種タイマーとブリッジプライオリティー）を変更するには、SET STPコマンドを使います。変更できるパラメーターは次のとおりです。

表 4
パラメーター 説明
FORWARDDELAY ルートブリッジのポートがフォワーディング状態に遷移するまでの時間を調整するためのパラメーター。MODEがSTANDARDのときは、ルートブリッジ内のポートがリスニングからラーニング、ラーニングからフォワーディング状態に遷移するまでの時間（秒）を示す。MODEがRAPIDのときは、ディスカーディングからラーニング、ラーニングからフォワーディング状態に遷移するまでの最大時間（秒）を示す。有効範囲は4〜30秒。初期設定は15秒。
HELLOTIME ハロータイム。ルートブリッジがBPDU（Bridge Protocol Data Unit）を送信する間隔（秒）。有効範囲は1〜10秒。初期設定は2秒。
MAXAGE 最大エージタイム。ルートブリッジからBPDUが届かなくなったことを認識するまでの時間（秒）。この時間内にBPDUを受信できなかった場合、STPD内の各ブリッジはスパニングツリーの再構成を開始する。2×（HELLOTIME + 1) 以上、かつ、2× (FORWARDDELAY - 1) 以下でなくてはならない。有効範囲は6〜40秒。初期設定は20秒。
PRIORITY ブリッジプライオリティー。小さいほど優先度が高く、ルートブリッジになる可能性が高くなる。MODEがRAPIDのときは4096の倍数で指定する（4096の倍数でない値を指定したときは、指定値より小さい直近の倍数に変換される）。有効範囲は0〜65535。初期設定は32768。
MODE STPの動作モード。STANDARD（802.1d）、RAPID（802.1w）から選択する。動作モードを変更すると、STPのプロセスが初期化される。デフォルトはSTANDARD。
RSTPTYPE Rapid STP（MODE=RAPID）の動作モード。NORMAL（RSTP BPDUを使う）、STPCOMPATIBLE（標準のBPDUを使う）から選択する。デフォルトはNORMAL。


■ STPインスタンス、MSTPインスタンスのスパニングツリーパラメーターを初期設定値に戻したいときは、SET STPコマンドのDEFAULTオプションを使います。


■ スイッチポートのスパニングツリーパラメーターを変更するには、SET STP INTERFACEコマンドを使います。変更できるパラメーターは次のとおりです。

表 5
パラメーター 説明
PATHCOST パスコスト。該当ポートを通過する際のコストを示すもので、一般的にはポートの通信速度に応じて設定する。有効範囲はSTPの動作モードによって異なり、STANDARDモードでは1..1000000、RAPIDモードでは1..200000000。通信速度ごとのデフォルト値と推奨範囲は別表を参照のこと。
PORTPRIORITY ポートプライオリティー。小さいほど優先度が高く、ルートポートになる可能性が高くなる。MODEがRAPIDのときは16の倍数で指定する（16の倍数でない値を指定したときは、指定値より小さい直近の倍数に変換される）。有効範囲は0〜255。初期設定は128。
EDGEPORT MODEがRAPIDのとき、該当ポートがエッジポートかどうかを指定する。エッジポートとは、他のブリッジが存在しない末端（エッジ）のLANに接続されているポートのこと。ただし、EDGEPORT=TRUEを指定した場合でも、同ポートでRSTP BPDUを受信した場合はエッジポートとしては扱われなくなる。初期設定はFALSE。
POINT2POINT MODEがRAPIDのとき、該当ポートが他のブリッジとポイントツーポイントで接続されているかどうかを指定する。AUTOを指定した場合は、本製品が自動判別する。初期設定はAUTO。


表 6：STANDARDモードにおけるパスコストの推奨範囲とデフォルト値
通信速度
推奨範囲
デフォルト値
10Mbps 50〜600 100
100Mbps 10〜60 10
1000Mbps 3〜10 20


表 7：RAPIDモードにおけるパスコストの推奨範囲とデフォルト値
通信速度
推奨範囲
デフォルト値
10Mbps 200,000〜20,000,000 2,000,000
100Mbps 20,000〜2,000,000 200,000
1000Mbps 2,000〜200,000 20,000


■ 特定ポートでスパニングツリープロトコルを無効にしたいときはDISABLE STPコマンドを使います。


■ 特定ポートでスパニングツリープロトコルを再度有効にするにはENABLE STPコマンドを使います。


■ スパニングツリーの再初期化を行うにはRESET STPコマンドを実行します。


■ スパニングツリープロトコルの設定をすべて消去するには、DESTROY STP INSTANCEコマンドを使います。デフォルト以外のSTPインスタンスはすべて削除され、パラメーターは全て初期設定に戻ります。



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