Spanning Tree

Le Spanning Tree Protocol (aussi appelé STP) est un protocole réseau permettant une topologie réseau sans boucle dans les LAN avec pont. Il est défini dans la norme IEEE 802.1D.

Mode de fonctionnement

Les réseaux doivent avoir un unique chemin entre deux points, cela s'appelle une topologie sans boucle. En effet, la présence de boucle génère des tempêtes de diffusion (broadcast storm en anglais) qui paralysent le réseau. Cependant, un bon réseau doit aussi inclure une redondance des matériels pour fournir un chemin alternatif en cas de panne. L'algorithme de « spanning tree minimum » garantit l'unicité du chemin entre deux points du réseau en affectant un port dédié (root port), celui qui a le chemin le plus court vers le root bridge, à chaque segment du LAN (domaine de collision).

Élection d'un root bridge

Une topologie sans boucle ressemble à un arbre et à la base de chaque arbre, on trouve ses racines (roots). Dans un réseau commuté, un root bridge (commutateur maître) est automatiquement choisi par l'algorithme du spanning tree. Chaque commutateur a une adresse MAC et un numéro de priorité paramétrable (0x8000 par défaut), ces deux nombres constituant l'identification du bridge (nommée BID). Le BID est utilisé pour élire le root bridge en fonction des numéros de priorité, en cas d'égalité, l'adresse MAC la plus basse l'emporte, et comme toutes les adresses MAC sont uniques, un commutateur pourra toujours être élu comme root bridge. Les autres commutateurs du réseau vont alors calculer la distance la plus courte vers le root bridge en utilisant le « coût » de bande passante le plus faible. Le numéro de priorité est normalement laissé par défaut, mais l'administrateur du réseau peut s'il le souhaite modifier ce numéro pour faire élire un commutateur particulier ; dans le cas contraire, tout le processus est automatique.

Élection des root ports

Un root port est un port qui sera utilisé pour transmettre les données (par opposition à un port bloqué). Chaque commutateur doit avoir un seul root port. L'élection d'un root port est effectuée d'après les champs path cost et port ID d'un paquet BPDU. En cas d'égalité, c'est le port ayant le port ID le plus faible qui sera élu. Un port bloqué peut émettre et recevoir des paquets BPDU. Les autres ports d'un commutateur sont des designated ports, ce sont eux qui transmettent les paquets BPDU.

Bridge Protocol Data Units (BPDU)

Les BID et autres informations du protocole spanning tree sont transportés dans des unités de trames de données spéciales nommées BPDU (Bridge Protocol Data Units). Les BPDU sont échangées régulièrement (toutes les deux secondes) et permettent aux commutateurs de garder une trace des changements sur le réseau afin d'activer ou de désactiver les ports requis. Quand un commutateur ou un pont est raccordé au réseau, il commence par envoyer des BPDU afin de déterminer la topologie du réseau, avant de pouvoir commencer à transférer des données.

Il y a 3 types d'information BPDU :

• Configuration BPDU(CBPDU), utilisé pour le calcul du Spanning Tree
• le changement de notification topologique (TCN) BPDU, utilisé pour annoncer les changements topologiques
• l'acquittement de changement de notification de la Topologie (TCA)

Mode des ports sur les commutateurs en STP

• Listening : le commutateur « écoute » les BPDU et détermine la topologie réseau.
• Learning : le commutateur construit une table faisant correspondre les adresses MAC aux numéros des ports.
• Forwarding : un port reçoit et envoie des données, opération normale.
• Blocking : un port provoquant une boucle, aucune donnée n'est envoyée ou reçue mais le port peut passer en mode forwarding si un autre lien tombe.
• Disabled : désactivé, un administrateur peut manuellement désactiver un port s'il le souhaite.

Quand un client tel qu'un ordinateur, une imprimante ou un serveur est connecté au réseau, son port se mettra automatiquement d'abord en mode listening puis en mode learning, avant de se mettre en mode forwarding. Le délai entre le mode listening et forwarding est d'environ 50 secondes.

Pour raccourcir le délai de 50 secondes inhérent à la connexion d'un nouveau périphérique, le Rapid STP a été développé et standardisé par la norme IEEE 802.1w qui permet à un port de commutateur de passer directement en mode forwarding.

Liens externes

• Animation expliquant bien le fonctionnement du STP (en)
• Le protocole Spanning Tree par François Goffinet (avec schémas)
• Radia Perlman at Sun Labs (en)
• ANSI/IEEE 802.1D-2004 standard (en)
• Cisco's version of 'Understanding STP' (en)
• RFCs
  • RFC 2674-1999, proposed standard, Definitions of Managed Objects for Bridges with Traffic Classes, Multicast Filtering and Virtual LAN Extensions
  • RFC 1525-1993, - SBRIDGEMIB, proposed standard, Definitions of Managed Objects for Source Routing Bridges
  • RFC 1493-1993 - BRIDGEMIB, draft standard, Definitions of Managed Objects for Bridges
• Article du magazine Phrack traitant de failles de sécurité dans le protocole STP (traduction en langue Française)

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