ルートブリッジとは何か

STPは、冗長なレイヤー2ネットワークからループのない論理トポロジーを作ります。 その計算を始めるためには、「どのスイッチを中心として考えるか」を1台に決める必要があります。 その中心となるスイッチがルートブリッジです。

ルートブリッジが決まると、他のスイッチはルートブリッジまでの経路コストを比較し、 ルートポートや指定ポート、ブロックするポートを決定します。

ルートブリッジ上のポート

ルートブリッジ自身には、「ルートブリッジへ向かうためのポート」は必要ありません。 そのため、ルートブリッジにはルートポートが存在しません。 通常、ルートブリッジ上でSTPに参加している各セグメント向けポートは指定ポートになります。

選出の全体像を1枚の図で理解する

3台のスイッチが同じSTPインスタンスに参加している場合、 各スイッチはBPDUを交換し、自分と相手のBridge IDを比較します。

Bridge IDの構造

ルートブリッジ選出で比較する識別情報を、 Bridge ID（BID：Bridge Identifier）と呼びます。

現在の一般的な実装では、16ビットのPriorityフィールドを Bridge Priorityと拡張システムIDに分けて利用します。 CiscoのPVST+／Rapid PVST+では、拡張システムIDとしてVLAN番号が加わります。

ルートブリッジの比較順序

学習時は、次の順序で比較すると迷いません。

MACアドレスの大小を比較する方法

MACアドレスは、左側から16進数として比較します。 最初に異なる桁が見つかった時点で、小さい値を持つ方が小さいMACアドレスです。

3台のスイッチでルートブリッジを選出する例

例1：Priorityが異なる場合

SW2のMACアドレスは最も大きい値ですが、Bridge Priorityが最も小さいため、 MACアドレスの比較まで進まずSW2がルートブリッジになります。

例2：全スイッチがデフォルトPriorityの場合

Priorityがすべて同じため、MACアドレスを比較します。 左から比較すると、0011...のSW2が最小です。

拡張システムIDとVLAN番号

CiscoのPVST+やRapid PVST+では、VLANごとにSTPを動作させます。 このとき、PriorityフィールドにはBridge Priorityだけでなく、 拡張システムIDとしてVLAN番号が加わります。

VLAN 10の例

24586という中途半端な値が表示されても、誤設定とは限りません。 24576 + 10の結果です。

Priorityを4096単位で設定する理由

拡張システムIDを利用する一般的な実装では、設定できるBridge Priorityは 0、4096、8192、12288のように 4096単位です。デフォルト値は通常32768です。

show spanning-treeの読み方

Cisco IOS系スイッチでは、VLAN 10のSTP状態を確認する代表的なコマンドとして show spanning-tree vlan 10を使用します。

SW2# show spanning-tree vlan 10

VLAN0010
  Spanning tree enabled protocol ieee
  Root ID    Priority    24586
             Address     0011.1111.1111
             Cost        4
             Port        25 (GigabitEthernet1/0/25)
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    32778  (priority 32768 sys-id-ext 10)
             Address     0022.2222.2222
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time  300 sec

Interface           Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
------------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Gi1/0/25            Root FWD 4         128.25   P2p
Gi1/0/26            Altn BLK 4         128.26   P2p

自分自身がルートブリッジの場合

SW1# show spanning-tree vlan 10

VLAN0010
  Spanning tree enabled protocol ieee
  Root ID    Priority    24586
             Address     0011.1111.1111
             This bridge is the root

  Bridge ID  Priority    24586  (priority 24576 sys-id-ext 10)
             Address     0011.1111.1111

This bridge is the rootと表示され、Root IDとBridge IDが一致していれば、 そのスイッチ自身が対象VLANのルートブリッジです。

ルートブリッジを指定する設定

ルートブリッジにしたいスイッチでは、他のスイッチより小さいPriorityを設定します。

Priorityを直接指定する

SW1(config)# spanning-tree vlan 10 priority 24576

他のスイッチがデフォルト値32768であれば、 SW1はVLAN 10のルートブリッジとして選ばれやすくなります。

root primary／root secondaryを使用する

SW1(config)# spanning-tree vlan 10 root primary
SW2(config)# spanning-tree vlan 10 root secondary

root primaryは、そのスイッチがルートになりやすいPriorityへ調整するための Cisco IOSの便利な設定です。root secondaryは、プライマリ障害時の 次候補にしやすいPriorityへ調整します。

複数VLANへまとめて設定する例

SW1(config)# spanning-tree vlan 10,20,30 priority 24576

VLANごとに異なるルートを選ぶ考え方

PVST+やRapid PVST+では、VLANごとに独立したSTPインスタンスが動作します。 そのため、VLAN 10とVLAN 20で別のルートブリッジを選ぶことができます。

! SW1
SW1(config)# spanning-tree vlan 10 root primary
SW1(config)# spanning-tree vlan 20 root secondary

! SW2
SW2(config)# spanning-tree vlan 20 root primary
SW2(config)# spanning-tree vlan 10 root secondary

このようにVLAN単位でルートを分けると、冗長リンクをVLANごとに使い分けられます。 ただし、上位のデフォルトゲートウェイやInter-VLAN Routingを担当する機器との位置関係が重要です。

障害時と設定変更時の再選出

ルートブリッジが停止した場合や、より小さいBridge IDを持つスイッチが参加した場合、 STPは新しい情報を基にトポロジーを再計算します。

1. 既存ルートからのBPDUが届かなくなる 障害やリンク断によって、現在のルート情報を受信できなくなります。
2. 残ったスイッチがBridge IDを比較する 各スイッチが持つ情報から、新しいルートブリッジを選出します。
3. ルートポートと指定ポートを再計算する 新しいルートまでの最適経路を選び直します。
4. 転送・ブロック状態が変わる 代替リンクが転送状態へ移り、通信経路が切り替わります。

ルートPriorityの変更もトポロジー変更を引き起こす可能性があります。 稼働中ネットワークで変更する場合は、経路の切り替わりと一時的な通信影響を考慮します。

設計・変更作業での判断基準

変更前に最低限確認するコマンド

show spanning-tree root
show spanning-tree vlan 10
show spanning-tree vlan 20
show spanning-tree summary
show interfaces trunk
show etherchannel summary

顧客・上司への説明例

STPのルートブリッジ選出でよくある勘違い

自分の言葉で説明する課題

最後に、次の質問へ30秒程度で答えてみましょう。