【スパニングツリー】ルートブリッジとポート役割を理解するには

スパニングツリー（STP）は、スイッチの一部のポートをブロックして、ループのないトポロジを作ります。どのポートをブロックするかは、ルートブリッジ、ルートポート、指定ポートという順番で決まっていきます。

この記事では、3台のスイッチを三角形につないだ構成を例に、これらの用語と決まり方の基本を説明します。スパニングツリーが必要な理由は、【初心者わかりやすく】スパニングツリーを理解する第１歩 もあわせて参照してください。

BPDU（Bridge Protocol Data Unit）

3台のスイッチが次の図のように三角形につながり、ループができています。これらのスイッチでスパニングツリーを有効にすると、スイッチどうしで BPDU（Bridge Protocol Data Unit）というフレームをやり取りします。

BPDU には、送信元のスイッチのブリッジ ID、ルートブリッジだと考えているスイッチのブリッジ ID、ルートブリッジまでのパスコストなどが入っています。スイッチは BPDU を比べ合って、ルートブリッジや各ポートの役割を決めます。

ブリッジ ID は、ブリッジ優先度と MAC アドレスを並べた値です。優先度の既定値は 32768 で、0〜61440 の範囲で 4096 の倍数（0、4096、8192 … 61440）に設定できます。

ルートブリッジの選定

スパニングツリーでは、まずルートブリッジを1台選びます。ブリッジ ID が最も小さいスイッチがルートブリッジになります。比べるときは、まず優先度を比べ、同じなら MAC アドレスの小さい方が選ばれます。

この構成のブリッジ ID は次のとおりです（ここでは表記上、優先度と MAC アドレスを「:」で区切って並べます）。

スイッチ	優先度	MAC アドレス	ブリッジ ID
SW1	32768	0000.0000.0001	32768:0000.0000.0001（最小）
SW2	32768	0000.0000.0002	32768:0000.0000.0002
SW3	32768	0000.0000.0003	32768:0000.0000.0003

優先度はどれも 32768 で同じなので、MAC アドレスで比べます。ブリッジ ID が最も小さいのは SW1（32768:0000.0000.0001）なので、SW1 がルートブリッジになります。

ルートポートとは

ルートポートは、そのスイッチからルートブリッジへ最も近いポートです。近い・遠いは、ルートブリッジまでのパスコストの合計で決まります。パスコストはリンクの帯域幅から決まる値で、帯域幅が広いほど小さくなります。

帯域幅	パスコスト（IEEE 802.1D の値）
10 Mbps	100
100 Mbps	19
1 Gbps	4
10 Gbps	2

ルートポートは、ルートブリッジ以外の各スイッチに必ず1つだけあります。ルートブリッジ自身にはルートポートはありません。この記事では、ルートポートを RP と書きます。

指定ポートとは

指定ポートは、スイッチ間のリンクごとに、ルートブリッジへ最も近い側のポートです。リンクの上に端末を置いたとき、どちらのスイッチを通った方がルートブリッジに近いかを考えるとわかりやすくなります。指定ポートは、各リンクに必ず1つだけあります。この記事では、指定ポートを DP と書きます。

構成例

図1の構成で、すべてのリンクの帯域幅が同じ（パスコストが同じ）という前提で、ルートポートと指定ポートを決めていきます。

ルートポートを決める

SW2 と SW3 は、それぞれ SW1 へ直接つながるポートが、ルートブリッジまでのコストが最も小さいポートです（リンク1本分）。SW2 や SW3 を経由すると2本分になるので、SW1 に直接つながるポートがルートポートになります。ルートブリッジの SW1 にはルートポートはありません。

指定ポートを決める

SW1〜SW2 間と SW1〜SW3 間のリンクに端末があるとして、どちらのスイッチを通った方がルートブリッジに近いかを考えます。これは当然、ルートブリッジ自身のポートです。そのため、ルートブリッジのポートはすべて指定ポートになります。

では、SW2〜SW3 間のリンクはどうでしょうか。リンクの上に端末を置いても、左右対称なので、SW2 と SW3 のどちらを通ってもルートブリッジまでのコストは同じです。この場合は、ブリッジ ID の小さいスイッチを優先します。SW2 の方がブリッジ ID が小さいので、SW2 側のポートが指定ポートになります。

順番	ルートポートの決め方	指定ポートの決め方
1	ルートブリッジまでのパスコストが小さいポート	ルートブリッジまでのパスコストが小さい側のポート
2	BPDU を送ってきた隣のスイッチのブリッジ ID が小さいポート	ブリッジ ID が小さいスイッチのポート
3	隣のスイッチのポート ID が小さいポート	ポート ID が小さいポート

残ったポートをブロックする

ルートポートにも指定ポートにもならなかったポートは、ブロッキングポートになり、データの転送を止めます。この記事では BLK と書きます。この構成では、SW3 の SW2 側のポートがブロッキングポートになり、三角形のループが切れます。

ブロッキングポートも BPDU の受信は続けています。ほかのリンクが切れて BPDU が届かなくなると、ブロッキングポートが転送を始め、通信を続けられるようにします。

まとめ

役割	決まり方	この構成
ルートブリッジ	ブリッジ ID（優先度＋MAC アドレス）が最も小さいスイッチ	SW1
ルートポート（RP）	ルートブリッジ以外の各スイッチで、ルートブリッジに最も近いポート（1つ）	SW2、SW3 の SW1 側
指定ポート（DP）	各リンクで、ルートブリッジに近い側のポート（1つ）。ルートブリッジのポートはすべて指定ポート	SW1 の2ポート、SW2 の SW3 側
ブロッキングポート（BLK）	ルートポートにも指定ポートにもならなかったポート	SW3 の SW2 側

スパニングツリーの基本は 【初心者わかりやすく】スパニングツリーを理解する第１歩 も参照してください。