STP

Spanning Tree Protocol adalah sebuah protokol bridge yang menggunakan STA untuk menemukan link redundant (cadangan) secara dinamis dan menciptakan sebuah topologi database spanning-tree. Bridge bertukar pesan BPDU (bridge protocol data unit) dengan bridge lain untuk mendeteksi loop-loop dan kemudian menghilangkan loop-loop itu dengan cara mematikan interface-interface bridge yang dipilihnya.

istilah dalam STP :

· Root Bridge adalah bridge dengan bridge ID terbaik. Dengan STP, kuncinya adalah agar semua switch di network memilih sebuah root bridge yang akan menjadi titik fokus di dalam network tersebut. Semua keputusan lain di network seperti port mana yang akan di blok dan port mana yang akan di tempatkan dalam mode fowarding.

· BPDU semua switch bertukar informasi yang digunakan dalam pemilihan root switch, seperti halnya dalam konfigurasi selanjutnya dari network. Setiap switch membandingkan parameter-parameter dalam Bridge Protocol Data Unit (BPDU) yang mereka kirim ke satu tetangga dengan yang mereka peroleh dari tetangga lain.

· Bridge ID adalah bagaimana STP mengidentifikasi semua switch dalam network. ID ini ditentukan oleh sebuah kombinasi dari apa yang disebut bridge priority (yang bernilai 32.768 secara default pada semua switchj Cisco) dan alamat MAC dasar. Bridge dengan bridge ID terendah akan menjadi root bridge dalam network.

· Nonroot bridge adalah semua bridge yang bukan root bridge. Nonroot bridge bertukar BPDU dengan semua bridge dan mengupdate topologi database STP pada semua switch, mencegah loop-loop dan menyediakan sebuah cara bertahan terhadap kegagalan link.

· Root port selalu merupakan link yang terhubung secara langsung ke root bridge atau jalur terpendek ke root bridge. Jika lebih dari satu link terhubung ke root bridge maka sebuah cost dari port ditentukan dengan mengecek bandwidth dari setiap link. Port dengan cost paling rendah menjadi root port. Jika banyak link memiliki cost yang sama maka bridge dengan bridge ID diumumkan yang lebih rendah akan di gunakan. Karena berbagai link dapat berasal dari alat yang sama, maka nomor port yang terendahlah yang akan digunakan.

· Designated port adalah sebuah port yang telah ditentukan sebagai cost yang terbaik (cost lebih rendah) daripada port yang lain. Sebuah designated port akan ditandai sebagai sebuah fowarding port (port yang akan mem forward frame).

· Port Cost menentukan kapan sebuah link dari beberapa link yang tersedia digunakan di antara dua switch dimana kedua port ini bukan root port. Cost dari sebuah link ditentukan oleh bandwidth dari link.

· Nondesignated port adalah port dengan sebuah cost yang lebih tinggi daripada designated port, yang akan ditempatkan di mode blocking. Sebuah nondesignated port bukan sebuah fowarding port.

· Fowarding port meneruskan atau memfoward frame.

· Blocked port adalah port yang tidak meneruskan frame-frame, untuk menghindari loop-loop. Namun sebuah blocked port akan selalu mendengarkan frame.

Kebutuhan adanya spanning tree

Problem utama yang bisa dihindari dengan adanya STP adalah broadcast storms. Broadcast storms menyebabkan framebroadcasts (atau multicast atau unicast yang destination addressnya belum diketahui oleh switch) terus berputar-putar (looping) dalam network tanpa henti. Gambar berikut adalah contoh sederhana LAN dengan link yang redundant.

Switch akan mem-flood frame broadcasts keluar melalui semua port/interface dalam satu VLAN kecuali port/interface dimana frame tersebut diterima. Pada gambar diatas, SW3 akan mem-forward frame dari Bob ke SW2; SW2 mem-forwardnya ke SW1; SW1 mem-forwardnya kembali ke SW3; SW3 ke SW2 lagi, dan seterusnya dan seterusnya. Problem lain yang bisa dihindari dengan STP adalah dalam satu network yang memiliki link redundant, komputer-komputer yang aktif akan menerima copy-an dari frame yang sama berkali-kali.

Definisi IEEE 802.1d Spanning Tree Does

STP mencegah terjadinya looping dengan menempatkan setiap port switch pada salah satu status : Forwarding atau Blocking. Interface dengan status forwarding bertingkah normal, mem-forward dan menerima frame, sedangkan interface dengan statusblocking tidak memproses frame apapun kecuali pesan-pesan STP. Semua port yang berada dalam status forwarding disebut berada pada jalur spanning tree(topology STP), sekumpulan port-port forwarding membentuk jalur tunggal dimana frame ditransfer antar-segment.

Dengan demikian, saat Bob mengirimkan frame broadcast, frame tidak mengalami looping. Bob mengirimkan frame ke SW3 (step 1), kemudian SW3 mem-forward frame hanya ke SW1(step 2), karena port Gi0/2 dari SW3 berada pada status blocking. Kemudian, SW1 mem-flood frame keluar melalui Fa0/11 dan Gi0/1 (step 3) . SW2 mem-flood frame keluar melalui Fa0/12 dan Gi0/1 (step4). Namun, SW3 akan mengabaikan frame yang dikirmkan oleh SW2, karena frame tersebut masuk melalui port Gi0/2 dari switch SW3 yang berada pada status blocking. Dengan topology STP seperti pada gambar diatas, switch-switch tidak mengaktifkan link antara SW2 dan SW3 untuk keperluan traffick dalam VLAN. Namun, jika link antara SW1 dan SW3 mengalami kegagalan dalam beroperasi, maka STP akan membuat port Gi0/2 pada SW3 menjadi forwarding sehingga link antara SW3 dan SW2 menjadi aktif dan frame tetap bisa ditransfer secara normal dalam VLAN.

Cara Kerja Spanning Tree

STP menggunakan 3 kriteria untuk meletakkan port pada status forwarding :

• STP memilih root switch. STP menempatkan semua port aktif pada root switch dalam status Forwarding.

• Semua switch non-root menentukan salah satu port-nya sebagai port yang memiliki ongkos (cost) paling kecil untuk mencapairoot switch. Port tersebut yang kemudian disebut sebagai root port (RP) switch tersebut akan ditempatkan pada statusforwarding oleh STP.

• Dalam satu segment Ethernet yang sama mungkin saja ter-attach lebih dari satu switch. Diantara switch-switch tersebut, switch dengan cost paling sedikit untuk mencapai root switch disebut designated bridge, port milik designated bridge yang terhubung dengan segment tadi dinamakan designated port (DP). Designated port juga berada dalam status forwarding.

Semua port/interface selain port/interface diatas berada dalam status Blocking.

Status Port Spanning Tree :

· Blocking (memblok) sebuah port yang di block tidak akan meneruskan frame, ia hanya mendengarkan BPDU-BPDU. Tujuan dari status blocking adalah untuk mencegah penggunaan jalur yang mengakibatkan loop. Semua port secara default berada dalam status blocking ketika switch dinyalakan.

· Listening (mendengar) port mendengar BPDU untuk memastikan tidak ada loop yang terjadi pada network sebelum mengirimkan frame data. Sebuah port yang berada dalam status listening mempersiapkan diri untuk memfoward frame data tanpa mengisi tabel alamat MAC.

· Learning (mempelajari) port switch mendengarkan BPDU dan mempelajari semua jalur di network switch. Sebuah port dalam status learning mengisi tabel alamat MAC tetapi tidak memfoward frame data.

· Fowarding (mem foward) port mengirimkan dan menerima semua frame data pada port bridge. Jika port masih sebuah designated port atau root port yang berada pada akhir dari status learning maka ia akan masuk ke status ini.

· Disabled (tidak aktif) sebuah port dalam status disabled (secara administratif) tidak berpatisipasi dalam melakukan fowarding terhadap frame ataupun dalam STP. Sebuah port dalam status disabled berarti tidak bekerja secara virtual.

Pergerakan dari 5 state diatas adalah :

- initialization to blocking

- blocking to listening or to disabled

- listening to learning or to disabled

- learning to forwarding or to disabled

- forwarding to disabled

Status pada port bisa di ubah menggunakan management software. Ketika Spanning Tree Protocol diaktifkan, tiap switch pada jaringan berubah dari blocking state dan state transisi dari learning dan listening saat switch dihidupkan. Jika dikonfigurasi dengan baik, port-port akan secara stabil menjadi status forwading ataupun status blocking. Ketika sebuah post ditentukan sebagai forwarding state oleh algoritma spanning tree, maka akan terjadi :

· Port berada pada listening state ketika port ini menunggu informasi protocol yang menyuruh port tersebut harus pindah menjadi blocking state.

· Port menunggu expiration of a protocol timer yang akan memindahkan status port menjadi learning state.

· Saat berada di learning state, port kembali menahan frame forwarding sesaat setelah mempelajari informasi dari lokasi station untuk forwarding database.

· Expiration dari sebuah protocol timer mengubah port menjadi forwarding state, dimana learning dan forwarding diaktifkan.

Spanning Tree Protocols state : Blocking State

Sebuah port yang ada pada blocking state tidak akan berpartisipasi dalam frame forwarding.

Setelah melakukan inisialisasi, sebuah BPDU dikirim ke tiap-tiap port yanga ada pada switch itu. Switch secara inisial akan menganggap dia adalah root sampai switch itu bertukar informasi BPDU dengan switch yang lainnya. Pertukaran ini akan menentukan switch mana dalam jaringan tersebut yang benar-benar adalah root. Jika cuma ada satu switch dalam jaringan, maka pertukaran informasi tidak akan terjadi, dan forwar delay time habis, maka port berganti menjadi listening state. Switch selalu berada pada blocking state berdasarkan inisialisasi awal pada switch. Yang dilakukan oleh sebuah port dalam kondisi blocking state:

· Mengabaikan frame yang diterima dari segment yang terkoneksi dengan port.

· Mengabaikan frame switched dari port yang lain untuk forwarding.

· Tidak menambahkan lokasi station ke dalam database alamatnya (karena tidak adanya learning state pada saat ini, jadi belum ada update database alamat)

· Menerima BPDU dan meneruskan langsung ke modul sistem.

· Tidak akan meneruska BPDU yang diterima dari modul sistem.

· Menerima dan memberikan respon terhadap network management messages.

STP Bridge ID dan Hello BPDU

STP bridge ID (BID) adalah angka 8-byte yang unik untuk setiap switch. Bridge ID terdiri dari 2-byte priority dan 6-byte berikutnya adalah system ID, dimana system ID berdasarkan pada MAC address bawaan tiap switch. Karena menggunakan MAC address bawaan ini dapat dipastikan tiap switch akan memiliki Bridge ID yang unik.

STP mendefinisikan pesan yang disebut bridge protocol data units (BPDU), yang digunakan oleh switch untuk bertukar informasi satu sama lain. Pesan paling utama adalah Hello BPDU, berisi Bridge ID dari switch pengirim.

Pemilihan Root Switch

Switch-switch akan memilih root switch berdasarkan Bridge ID dalam BPDU. Root switch adalah switch dengan Bridge ID paling rendah. Kita ketahui bahwa 2-byte pertama dari switch digunakan untuk priority, karena itu switch dengan priority paling rendah akan terpilih menjadi root switch.

Namun kadangkala, ada beberapa switch yang memiliki nilai priority yang sama, untuk hal ini maka pemilihan root switch akan ditentukan berdasarkan 6-byte System ID berikutnya yang berbasis pada MAC address, karena itu switch dengan bagian MAC address paling rendah akan terpilih sebagai root switch.

Menentukan Root Port dari setiap switch

Selanjutnya dalam proses STP adalah, setiap non-root switch akan menentukan salah satu port-nya sebagai satu-satunya root port miliknya. Root port dari sebuah switch adalah port dimana dengan melalui port tersebut switch bisa mencapai root switch dengan cost paling kecil.

Menentukan Designated Port untuk setiap segment LAN

Designated port untuk setiap segment dalam LAN adalah switch port yang mengirimkan paket Hello ke segment LAN dengan cost terkecil. Ketika switch non-root mengirimkan pesan Hello, maka switch non-root akan menyertakan nilai cost tersebut kedalam pesan. Hasilnya, switch dengan cost terkecil untuk mencapai root switch menjadi DP dalam segment tersebut.

Saat Terjadi Perubahan dalam network

Berikut adalah proses yang terjadi saat topology STP berjaln normal tanpa ada perubahan:

1. Root switch membuat dan mengirimkan Hello BPDU dengan cost 0 keluar melalui semua port/interfacenya yang aktif.
2. Switch non-root menerima Hello dari root port miliknya. Setelah mengubah isi dari Hello menjadi Bridge ID dari switch pengirim, switch mem-forward Hello ke designated port.
3. Langkah 1 dan 2 berulang terus sampai terjadi perubahan pada topology STP.

Ketika ada interface atau switch yang gagal beroperasi, maka topology STP akan berubah; dengan kata lain terjadi STP convergence.

• Interface yang tetap berada dalam status yang sama, maka tidak perlu ada perubahan.

• Interface yang harus berubah dari forwarding menjadi blocking, maka switch akan langsung merubahnya menjadi blocking.

• Interface yang harus berubah dari blocking menjadi forwarding, maka switch pertama kali akan mengubahnya menjadi listening, kemudian menjadi learning.Setelah itu interface akan diletakkan pada status forwarding.

Saat terjadi STP Convergence, switch akan menentukan interface-interface mana yang akan dirubah statusnya. Namun, perubahan status dari blocking menjadi forwarding tidak bisa langsung dilakukan begitu saja, karena dapat menyebabkan frame looping temporarer. Untuk mencegah terjadinya looping temporarer itu, STP harus merubah status port tersebut menjadi 2 status transisi terlebih dahulu sebelum merubahnya menjadi forwarding:

• Listening: seperti halnya blocking, interface dalam keadaan listening tidak mem-forward frame. (15 detik)

• Learning: interface dalam status ini masih belum mem-forward frame, tapi switch sudah mulai melakukan pemeriksaan MAC address dari frame-frame yang diterima pada interface ini. (15 detik)

Switch akan menunggu 20 detik sebelum memutuskan untuk melakukan perubahan status dari blocking menjadi forwarding, setelah itu butuh waktu 30 detik untuk transisi ke Listening dan Learning terlebih dahulu. karena itu total yang dibutuhkan agar suatu port berubah dari blocking menjadi forwarding adalah 20+30=50 detik

EtherChannel

EtherChannel mengkombinasikan beberapa segment parallel yang memiliki kecepatan yang sama menjadi satu. Switch memperlakukan EtherChannel sebagai interface tunggal berkenaan dengan proses memforward frame seperti halnya juga STP. Hasilnya, jika salah satu link gagal, tapi salah satu link lain dalam EtherChannel masih beroperasi, maka STP tidak akan terjadi.

EtherChannel juga menyediakan bandwidth yang lebih banyak. Trunk-trunk pada EtherChannel berada pada status forwarding semuaatau blocking semua, karena STP memperlakukan semua trunk pada EtherChannel sebagai 1 trunk. Saat EtherChannel berada pada status forwarding, maka switch akan melakukan load-balance (membagi rata) traffik pada semua trunk, sehingga bandwidth yang tersedia jadi lebih banyak.

PortFast

PortFast memungkinkan switch untuk menempatkan sebuah interface kedalam status forwarding secara langsung tanpa harus menunggu 50 detik. Tetapi, hanya port yang diketahui tidak akan dihubungkan dengan switch yang lain yang bisa dijalankan fitur PortFast.