[Terms] STP(Spanning Tree Protocol)

[Source] Terms Korea

STP는 동일한 두 개의 Computer Network  Segment를 서로 연결하기 위해 두 개의 Bridge가 사용된 곳에서 Bridge 간에 정보를 교환할 수 있도록 함으로써, 주어진 Message를 둘 중 오직 한 개의 Bridge만이 처리할 수 있도록 해주는 Protocol이다.

STP는 흔히 'Bridge Loop'라고 알려져 있는 상황을 예방한다.

1. Bridge Loop Caused by a Workgroup Bridge Connected to the Wired LAN

2. Bridge Loop Caused by Two Workgroup Bridges on the Same Remote Hub 

Ethernet이나 Token Ring과 같은 LAN에서, Computer는 공유하고 있는 전송로를 서로 먼저 사용하기 위해 경쟁한다. 만약 너무 많은 수의 Computer가 동시에 Data를 전송하려 시도하면, Network의 전반적인 효율이 악영향을 받을 수 있으며 심지어 Traffic 전달이 거의 멈추는 지경에 까지 이를 수 있다.
이러한 개연성을 최대한 줄이기 위해, Bridge라고 불리는 장치를 이용하여 LAN을 두 개 이상의 Network Segment로 나누게 된다. 이로 인해 각 Message는 원하는 목적지로 가기 전에 Bridge를 통과하게 되는데, 이때 Bridge는 그 Message를 송신측이 속해있는 동일 Segment 내 어딘가로 보내야 할지, 아니면 다른 Segment로 보내야 할지를 결정하게 된다.
Bridge는 수신측 주소를 보는 것 외에 어떠한 일도 하지 않으며, 자신이 미리 알고 있는 정보에 기반하여 받은 Message를 올바른 경로로 전달하기만 한다. Network Segment와 Bridge 이용의 장점은 Network 경로를 사용하기 위해 벌어지는 경쟁을 절반 이하로 줄임으로써, Network이 멈출 가능성을 현저하게 줄이는데 있다.

각각의 Bridge는 양측 Segment트 간에 교환하게 되는 최초 Message와 Message에 응답한 Computer를 인식하고 기록해 놓는 등의 후속 행위를 통해, 어느 Computer가 어느 Segment에 속해 있는지를 지속적으로 학습(Leaning)하게 된다. 따라서 Bridge는 점차 어느 Computer가 어느 Segment에 속해 있는지 그 자체에 대한 그림을 스스로 구축하게 된다.
Bridge는 두 번째 이후의 Message가 전송될 때부터, 그 Message를 어떤 Segment로 전달할 것인가를 결정할 때 자신이 갖고 있는 표를 참조하게 된다.
경험을 통해 Bridge가 Network을 학습하게 하는 이러한 접근 방식을, 관리자가 따로 Bridge브리지 설정을 할 필요가 없는 형식의 Bridging이라는 의미로 ‘Transparent Bridging(투명한 브리징)’이라고 부른다.

Network 내에 Bridge를 설치할 때에는, 고장에 대비하여 Back-up용 Bridge를 추가하는 것이 보통이다.
Message 전송은 실제로 Main Bridge(Root Bridge)가 담당하지만, Main Bridge(Root Bridge)와 Back-up Bridge 모두는 지속적으로 Network 형상을 파악하고 있어야 한다. 그리고 두 Bridge는 서로 어떤 Bridge가 Main Bridge(Root Bridge)인지를 알 수 있도록 하기 위한 방법이 필요하다.
이를 위하여 두 Bridge 간에는 BPDU(Bridge Protocol Data Unit)를 이용하여 정보를 교환하기 위해 별도의 경로를 통한 접속을 갖고 있다.

각 Bridge 내의 Program이 그 Protocol을 어떻게 사용할지를 결정할 수 있도록 해주는 것을 Spanning Tree Algorithm이라고 부른다.
이 Algorithm은 특히 Bridge Loop, 즉 한 Segment에서 다른 Segment로 연결되는 경로를 다중화하면 무한 Loop가 생기는 상황이 벌어지지 않도록 고안되었다. 이 Algorithm은 Bridge가 다중 경로를 가지고 있을 때, 그 중 가장 효율적인 경로를 사용하도록 할 책임이 있다. 만약 최적의 경로를 이용할 수 없는 상황이 생기면, Algorithm이 새로 계산하여 차선의 경로를 찾는다.

STP가 Network을 결정하고 나면 BPDU를 이용하여 이 Data를 교환하는데,
이 작업은 다음의 두 단계로 나뉘어 진다.

1 단계: Algorithm은 수신된 설정 Message를 평가하고 제일 나은 선택 사항을 고름으로써 Bridge가 보낼 수 있는 최적의 Message를 결정한다.

2 단계: 특정 Bridge가 보낼 수 있는 최적의 Message를 선택한 후, Root 접속이 아닌 곳에서 받은 설정 Message와 Algorithm이 선택한 내용을 서로 비교한다. 이때, 만약 1단계에서 선택한 Option이 Root 접속이 아닌 곳으로부터 받은 내용보다 못하면, Algorithm은 그 Port를 제거한다.

STP는 IEEE의 한 위원회에 의해 개발되었다. IEEE는 현재, 기존의 STP에 Network 복원시간을 줄일 수 있도록 품질 향상에 주력하고 있는데, Link 상태의 고장 또는 변경 후 30~60 초 내의 시간을 10초 이내로 줄이는데 목표를 두고 있다.

Example:

• Bridge에 내장된 STP를 이용하여 Network을 이중으로 구성, Network의 단절을 방지.
• 전송로 A와 전송로 B구간의 Wireless구간은 정상연결상태.
• Packet은 전송로 A 또는 B 한쪽으로만 송수신.
• 전송로 A구간에 장애 발생시 자동으로 전송로 B구간으로 절체(Change Over)되어 Packet 송수신.

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