MS_SwitchRedundancy

スイッチの冗長化

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概要

スイッチの冗長化構成のためには、ループ構造を作る必要がある。

ループ構造

イーサネットでは、まず初めに、

• イーサネット内での通信のため ARPのパケット がブロードキャストされる。

• しかし、ループ構造がある場合、パケット（フレーム）はネットワーク内を無限ループする。

  イーサネットのMACフレームにはIPパケットのTTLのようにフレームを廃棄するしくみがない。
  そのため、経路がループ構成になっているとフレームが永久に回り続けてしまう。

• これを

  • ブロードキャスト ストームと呼び、
  • 最終的にはスイッチがハングアップしたりする。
    これを、イーサネットのメルトダウンと呼ぶ。

• もっとも簡単なループ構造は、次のような構成で構築できる。

スパニング ツリー

スイッチの冗長化構成のためにループ構造を作る場合は、
スパニング ツリーなどフレーム制御技術を使用して、イーサネットのメルトダウンを抑止する。

スパニング ツリー アルゴリズムでは、

• 「ルート ブリッジ」の選択
• 「代表ポート」、「ルート ポート」の選択
• ポートのブロック

という手順を踏んで、ループ構造を作っているポートをブロックする。

• スパニング ツリーでは、BPDUフレームを使用して、
  ネットワーク内のスイッチ同士でブリッジIDを交換し、
  プライオリティの値が一番小さいスイッチをルート ブリッジに選択する。
• 次に、「代表ポート」、「ルート ポート」を選択する。
  • 「代表ポート」とは、各セグメントから「ルート ブリッジ」まで一番近道になる（コストが最小になる）ポートであり、
  • 「ルート ポート」とは、各スイッチから「ルート ブリッジ」まで一番近道になる（コストが最小になる）ポートである。
  • 「代表ポート」、「ルート ポート」を決定したら、残りのポートは「ブロッキング ポート」に設定される。これにより、ループ構造が解消される。

補足（最新化）: 従来の STP（IEEE 802.1D）は収束に数十秒かかるため、 現在は RSTP（802.1w） や MSTP（802.1s） が使われるのが一般的。 データセンターでは STP を使わずに、 スタック / MLAG（マルチシャーシ リンク アグリゲーション）や ファブリック（TRILL / SPB / EVPN-VXLAN）でループを回避する構成も多い。

其々の構成例に於けるポートの例

• 次に、其々の構成例に於ける

  • 「代表ポート」
  • 「ルート ポート」
  • 「ブロッキング ポート」

  を示す。

• 凡例

  • RB : ルートブリッジ
  • ◆ : 代表ポート
  • ● : ルート ポート
  • ？ : 未決定のポート（代表ポートかブロッキング ポートになる）

ループ * 1 構造

ループ * 1 構造の「代表ポート」、「ルート ポート」、「ブロッキング ポート」

• 未決定のセグメントの
  • 一方が「代表ポート」になり、
  • もう一方が「ブロッキング ポート」になる。
• 「代表ポート」は、コストによって、決定される。

ループ * 2 構造

ループ * 2 構造の「代表ポート」、「ルート ポート」、「ブロッキング ポート」

• 未決定のセグメントの
  • 一方が「代表ポート」になり、
  • もう一方が「ブロッキング ポート」になる。
• 「代表ポート」は、コストによって、決定される。
• ループが２つある場合、「ブロッキング ポート」も２つできる。

ループ * 3 構造

ループ * 3 構造の「代表ポート」、「ルート ポート」、「ブロッキング ポート」

• 未決定ポートの
  • 一方が「代表ポート」や、「ルート ポート」になり、
  • もう一方が「ブロッキング ポート」になる。
  • これらのポートはコストによって、決定される。
• ループが３つある場合、「ブロッキング ポート」も３つできる。

参照

ブリッジID

2バイトのプライオリティ値とMACアドレスからなる。
プライオリティ値は、ユーザがスイッチに対して指定する。

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Tags: インフラストラクチャ, 通信技術, 信頼性