بروتوكول STP: شرح شامل وإعدادات

بروتوكول STP: شرح كامل مع إعداداته وأمثلة عملية

بروتوكول STP (Spanning Tree Protocol) هو بروتوكول شبكات يُستخدم في شبكات الحاسوب لضمان توفير الاتصال الفعّال والمستقر بين الأجهزة في شبكة LAN (الشبكة المحلية)، كما يساهم في منع حدوث حلقات البيانات التي قد تؤدي إلى مشاكل في الشبكة. يستند هذا البروتوكول إلى فكرة تحديد “شجرة” تمتد عبر الشبكة بأكملها، بحيث تكون هناك مسارات متصلة من جهاز إلى آخر، مع ضمان عدم تكرار البيانات عبر نفس المسار، وهو ما يمكن أن يؤدي إلى زيادة الحمل على الشبكة.

من خلال هذا المقال، سنتناول جميع جوانب بروتوكول STP، بدءًا من المبادئ الأساسية التي يعتمد عليها، مرورًا بأهميته في شبكات LAN، وصولًا إلى كيفية تهيئة البروتوكول بشكل عملي.

ما هو بروتوكول STP؟

بروتوكول Spanning Tree Protocol هو بروتوكول من مستوى البيانات (Data Link Layer) في نموذج OSI، ويستخدم بشكل أساسي في شبكات Ethernet. يهدف البروتوكول إلى تصميم شبكة بلا حلقات، بحيث يتم تجنب الدورة المستمرة للبيانات بين الأجهزة في حالة وجود روابط متعددة بين المحولات (Switches). في حال لم يتم تطبيق STP بشكل صحيح، يمكن أن تحدث حلقات بيانات تسبب في تحميل زائد على الشبكة، مما يؤثر سلبًا على الأداء.

في شبكة حاسوب، يمكن أن يكون هناك العديد من الطرق التي يمكن للمعلومات أن تسلكها بين جهازين. وإذا كانت هذه الشبكة تحتوي على العديد من المحولات، فقد تؤدي الحلقات إلى إرسال البيانات بشكل مستمر، مما يؤدي إلى الضغط على النظام. ومن هنا جاء دور STP في اختيار أفضل المسارات وتحديد المسارات الاحتياطية بطريقة ذكية وفعّالة.

مبدأ عمل بروتوكول STP

الهدف الأساسي من STP هو منع الحلقات في الشبكة. بروتوكول STP يقوم بذلك من خلال تحديد الجسر الجذر (Root Bridge) وتحديد أفضل المسارات بين جميع المحولات في الشبكة. إليك الخطوات الرئيسية التي يتبعها البروتوكول:

1. انتخاب الجسر الجذر: يقوم كل جهاز (محول) في الشبكة بإرسال رسائل بروتوكول BPDU (Bridge Protocol Data Units) إلى الأجهزة الأخرى في الشبكة. تحتوي هذه الرسائل على معلومات حول جسر الجذر الذي يعتقد الجهاز أنه الأفضل. في النهاية، يتم اختيار جهاز واحد ليكون الجسر الجذر.

2. الانتخاب بين المسارات: بعد تحديد الجسر الجذر، يقوم STP بتحديد أفضل المسارات إلى الجسر الجذر، ويختار الطريق الذي يتضمن أقل تكلفة (أي أقل عدد من المحولات). يتم تصنيف هذه المسارات إلى عدة أنواع، بما في ذلك:

   • المسار الجذري (Root Path): هو المسار الذي يؤدي إلى الجسر الجذر بأقل تكلفة.

   • المسار التصعيدي (Designated Path): هو المسار الذي يمكن الوصول من خلاله إلى جهاز معين.

3. حساب أولوية المسار: يتم تحديد أولوية المسار بناءً على تكلفة كل رابط بين المحولات. البروتوكول يعمل على اختيار المسار الأقل تكلفة بشكل ديناميكي ويقوم بتحديث الجدول في كل مرة تتغير فيها حالة الشبكة.

4. حساب المسارات الاحتياطية: يتم تحديد المسارات الاحتياطية في حالة حدوث فشل في المسار الرئيسي. هذه المسارات تُستخدم فقط عند حدوث خلل في المسار الأساسي.

5. تحديد حالة المنافذ: بعد اختيار أفضل المسارات، يتم تحديد حالة كل منفذ في الشبكة:

   • المنفذ الجذري: هو المنفذ الذي يرتبط مباشرة بالجسر الجذر.

   • المنفذ المخصص: هو المنفذ الذي يرتبط بأجهزة أخرى غير الجسر الجذر.

   • المنفذ البديل: هو المنفذ الذي يمكن استخدامه في حال فشل المنفذ الرئيسي.

أنواع الرسائل في بروتوكول STP

يستخدم STP عدة أنواع من الرسائل لضمان تبادل المعلومات بين المحولات في الشبكة. من أهم هذه الرسائل:

• BPDU (Bridge Protocol Data Units): هي الرسائل التي تحتوي على معلومات حول حالة الجسر الجذر والمعلومات الخاصة بالمسارات. يتم إرسالها دوريًا بين المحولات.

• Configuration BPDU: تستخدم هذه الرسائل لتحديد الجسر الجذر ومسارات الشبكة.

• Topological BPDU: تتضمن معلومات عن ترتيب الشبكة والأجهزة المتصلة.

إعدادات بروتوكول STP

تختلف إعدادات بروتوكول STP من جهاز لآخر ومن بيئة إلى أخرى، ولكن هناك مجموعة من الخيارات الأساسية التي يجب معرفتها لضبط البروتوكول بشكل سليم:

1. الجسر الجذر (Root Bridge):

   • يتم تحديد الجسر الجذر من خلال معيار الـ Bridge ID الذي يتضمن عنوان MAC الخاص بالجهاز. يمكنك تحديد الجسر الجذر يدويًا على بعض المحولات باستخدام الأمر spanning-tree vlan root primary في Cisco.

2. أولوية الجسر (Bridge Priority):

   • يمكن تغيير أولوية الجسر باستخدام الأمر spanning-tree vlan priority . تمثل الأولوية قيمة بين 0 و 61440، حيث كلما كانت القيمة أقل، زادت الأولوية.

3. مسار الجسر (Path Cost):

   • يتم حساب تكلفة المسار بناءً على سرعة الرابط بين المحولات. كل رابط يحتوي على تكلفة افتراضية يمكن تعديلها لتغيير أولويات الشبكة. يمكن استخدام الأمر spanning-tree vlan cost لضبط هذه التكلفة.

4. تنظيم المنافذ:

   • يتم التحكم في حالة المنافذ عبر أمر spanning-tree portfast (الذي يسرع عملية انتقال المنفذ من حالة “Listening” إلى “Forwarding”).

5. تشغيل Proactive Mode:

   • يمكن تشغيل Proactive Mode لتحسين سرعة الاستجابة عند حدوث تغييرات في الشبكة.

6. الأوامر الأساسية لضبط STP:

   • يمكنك ضبط البروتوكول عبر الأوامر التالية في المحولات التي تعمل بنظام Cisco:

     bash
     CopyEdit
     spanning-tree vlan  root primary
     spanning-tree vlan  priority 
     spanning-tree vlan  cost 
     spanning-tree portfast
     

أمثلة عملية على بروتوكول STP

المثال الأول: إعداد الجسر الجذر (Root Bridge)

لنفترض أننا في شبكة مكونة من أربعة محولات، ونريد تحديد جسر الجذر في هذه الشبكة يدويًا. نقوم بالخطوات التالية:

1. أولًا، نقوم بتعيين أولوية الجسر باستخدام الأمر التالي:

   bash
   CopyEdit
   spanning-tree vlan 1 priority 24576
   

2. ثم نقوم بتعيين الجسر الجذر كمحور رئيسي باستخدام الأمر:

   bash
   CopyEdit
   spanning-tree vlan 1 root primary
   

بعد تطبيق هذه الإعدادات، ستتولى المحولات الأخرى اختيار أفضل المسارات بناءً على هذه الأولوية.

المثال الثاني: تحديد أولويات المنافذ

يمكنك تخصيص الأولوية للمنافذ باستخدام الأوامر التالية:

1. لتحديد أولوية المنفذ (Port Priority)، استخدم:

   bash
   CopyEdit
   spanning-tree vlan 1 port-priority 128
   

2. لضبط سرعة انتقال المنافذ، استخدم:

   bash
   CopyEdit
   spanning-tree portfast
   

المثال الثالث: تصحيح الحلقات في الشبكة

إذا كانت الشبكة تحتوي على حلقات بسبب وجود وصلات متكررة بين المحولات، يمكننا استخدام STP لضبط المسارات الاحتياطية. في هذه الحالة، يقوم STP بحساب المسارات البديلة ويحدد المسار الأكثر فعالية في حالة فشل المسار الأساسي.

خلاصة

بروتوكول STP يعد أحد البروتوكولات الحيوية لضمان الاستقرار والأداء الجيد في شبكات LAN المعقدة، حيث يساعد في تجنب الحلقات ويضمن الاتصال المستمر بين الأجهزة. يعد فهم آلية عمله والإعدادات المختلفة أمرًا أساسيًا لشبكات كبيرة، وهو ضروري لتفادي مشاكل الأداء التي قد تنشأ من الحلقات غير المتوقعة.