STPポートプライオリティによるトランク間のVLANロードバランシング

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Updated: 2005 年 8 月 30 日

Document ID:10555

偏向のない言語

この製品のドキュメントセットは、偏向のない言語を使用するように配慮されています。このドキュメントセットでの偏向のない言語とは、年齢、障害、性別、人種的アイデンティティ、民族的アイデンティティ、性的指向、社会経済的地位、およびインターセクショナリティに基づく差別を意味しない言語として定義されています。製品ソフトウェアのユーザインターフェイスにハードコードされている言語、RFP のドキュメントに基づいて使用されている言語、または参照されているサードパーティ製品で使用されている言語によりドキュメントに例外が存在する場合があります。シスコのインクルーシブランゲージの取り組みの詳細は、こちらをご覧ください。

翻訳について

シスコは世界中のユーザにそれぞれの言語でサポートコンテンツを提供するために、機械と人による翻訳を組み合わせて、本ドキュメントを翻訳しています。ただし、最高度の機械翻訳であっても、専門家による翻訳のような正確性は確保されません。シスコは、これら翻訳の正確性について法的責任を負いません。原典である英語版（リンクからアクセス可能）もあわせて参照することを推奨します。

内容

概要

はじめに

表記法

前提条件

使用するコンポーネント

トランク間の VLAN ロードバランシングの概要

SSTP がブロックするポートを決定する方法

CatOS が動作する Catalyst スイッチでの VLAN ロードバランシングの設定

portvlanpri コマンドの詳細

統合 IOS が動作するCatalyst スイッチでのVLANロードバランシングの設定

port-priority および vlan port-priority コマンドの詳細

結論

概要

このドキュメントでは、トランク間の VLAN ロードバランシングの背景理論を説明し、CatOS と統合 IOS が稼働しているスイッチの設定例を紹介します。

はじめに

表記法

ドキュメント表記の詳細は、『シスコテクニカルティップスの表記法』を参照してください。

前提条件

このドキュメントに関しては個別の前提条件はありません。

使用するコンポーネント

このドキュメントの内容は、特定のソフトウェアやハードウェアのバージョンに限定されるものではありません。

トランク間の VLAN ロードバランシングの概要

この文書内で使用するコマンドは、CatOS が動作する Catalyst 4000、5000、および 6000 ファミリで使用します。この文書の理論に関するセクションは、Spanning-Tree Protocol（STP; スパニングツリープロトコル）に関連しており、プラットフォームには依存しません。

次に示す図 1 では、2 つのスイッチが複数のトランクを経由して直接接続されていますが、これは冗長性を確保する場合によくある設定です。2 つのリンクのいずれかに障害が発生しても、もう 1 つのリンクを使用してトラフィックを伝送できます。両方のリンクが稼動している場合は、2 つのスイッチ間でブリッジループが発生するのを避けるために、Spanning-Tree Algorithm（STA; スパニングツリーアルゴリズム）によってどちらかのリンクが無効になります。

上の図 1 の設定では、Catalyst R と Catalyst D をリンクする 2 つのファーストイーサネットトランクを使用して、設定されたすべての VLAN に対して STP で同じブロッキングポートが選択されています。この場合、Catalyst R がルートブリッジとなり、VLAN 1 と VLAN 2 の両方に対して Catalyst D がポート D2 をブロックします。この設計の主な問題点は、リンク R2-D2 が犠牲となり、2 つのスイッチ間で 100 Mb/秒しか使用できないことです。両方のリンクを利用するには、VLAN 1 をリンク R1-D1 専用に、VLAN 2 をリンク R2-D2 専用にそれぞれ使用できるよう設定を変更します。

図 2 に示す変更後のネットワークでは、冗長性が失われています。これで、両方のリンクは同時にフォワーディングとなり、2 つのスイッチ間で 200 Mb/秒を実際に使用できるようになります。ただし、1 つのリンクに障害が発生すると、1 つの VLAN の接続性が完全に失われてしまいます。図 3 に、この問題の理想的な解決方法を示します。

図 3 では、2 つのスイッチ間のトランクは保持されていますが、ポート D1 は VLAN 1 をブロックし、VLAN 2 を転送します。ポートD2はVLAN 2をブロックし、VLAN 1を転送しています。この設計では、図1と図2の最善の機能を維持します。

両方のリンクがフォワーディングとなり、2 つのスイッチ間に 200 Mb/秒の接続性を提供します。
いずれかのリンクで障害が発生しても、残りのリンクが対応する VLAN のブロックを解除し、スイッチ間で両方の VLAN の接続性を維持します。

この文書では、STP 操作について簡単に触れた後で、このような設定のしかたを説明します。

SSTP がブロックするポートを決定する方法

STA の動作の詳細については、このドキュメントの対象外です。ただし、ここではポートがブロックするのか転送するのかを決定するアルゴリズムについて簡単に説明します。また、1 つの VLAN のみを使用する最も単純な設定に絞り込んで説明します。この VLAN では Catalyst R がルートブリッジであり、Catalyst D から Catalyst R までは複数の冗長接続があります。Catalyst D は Catalyst R へのルートポート以外のすべてのポートをブロックします。Catalyst D はルートポートをどのように選択するのでしょうか。STA が動作するブリッジでは、リンク間で Bridge Protocol Data Unit（BPDU; ブリッジプロトコルデータユニット）が交換され、BPDU はその内容によって厳密に分類できます。ある BPDU は、次の場合に他の BPDU よりも優先されます。

ルートブリッジ ID が低い。
ルートへのパスコストが低い。
発信元ブリッジ ID が低い。
発信元ポート ID が低い。

上記の 4 つのパラメータは順に評価されます。つまり、比較する 2 つの BPDU でパラメータ 1 が同じ場合は、パラメータ 2 のみが関係します。Catalyst D でルートポートとして選択されたポートは、最優先BPDU を受信するポートになります。

このような場合、図 4 に示すように、Catalyst R によって送信されるすべての BPDU は、同じルートブリッジ ID、ルートへの同じパスコスト、同じ発信元ブリッジ ID を持っています。このとき、残りのパラメータの中で最良の選択肢は発信元ポート ID のみです。発信元ポート ID は 16 ビットのパラメータで、ポートプライオリティとポートインデックスの 2 つのフィールドに分割されます。ポートプライオリティのデフォルト値は 32 で、ポートインデックスはスイッチ上のポートごとに固有の値になります。

	ポートの優先度	ポートインデックス
ビット単位でのサイズ	6	10
デフォルト値	32	固有の固定値

図 4 に、BPDU のポート ID パラメータを示します。この場合、ポートインデックスR2がR1より劣っているため、Catalyst DはポートD1をルートポートとして選択します。D2を最終的に転送するには、Rootポートとして強制的に使用する必要があります。この唯一の方法は、R2 のポートプライオリティ値を下げる（あるいは R1 のポートプライオリティ値を上げる）ことです。図 5 に、この操作を示します。

次に、2 つのトランク間でロードバランシングを実現するために、Catalyst R で VLAN ごとにポートプライオリティを調整します。

CatOS が動作する Catalyst スイッチでの VLAN ロードバランシングの設定

ラボ図

Catalyst R での現在の STP 状態の表示

次に、Catalyst R での現在の STP 状態を示します。これは、VLAN 1 と VLAN 2 の両方のルートであるため、すべてのポートが転送されます。

Catalyst_R> (enable) show spantree 3/1
Port                     Vlan Port-State    Cost  Priority Portfast   Channel_id
------------------------ ---- ------------- ----- -------- ---------- ----------
3/1                     1    forwarding       19       32 disabled   0         
3/1                     2    forwarding       19       32 disabled   0         
Catalyst_R> (enable) show spantree 3/2
Port                     Vlan Port-State    Cost  Priority Portfast   Channel_id
------------------------ ---- ------------- ----- -------- ---------- ----------
3/2                     1    forwarding       19       32 disabled   0         
3/2                     2    forwarding       19       32 disabled   0        
Catalyst_R> (enable)

Catalyst D での現在の STP 状態の表示

Catalyst D では、VLAN 1 および 2 の両方に対してポート 5/2 が予想どおりブロックされています。

Catalyst_D> (enable) show spantree 5/1
Port      Vlan  Port-State     Cost   Priority  Fast-Start  Group-Method
--------- ----  -------------  -----  --------  ----------  ------------
5/1      1     forwarding        19        32   disabled              
5/1      2     forwarding        19        32   disabled              
Catalyst_D> (enable) show spantree 5/2
Port      Vlan  Port-State     Cost   Priority  Fast-Start  Group-Method
--------- ----  -------------  -----  --------  ----------  ------------
5/2      1     blocking          19        32   disabled              
5/2      2     blocking          19        32   disabled              
Catalyst_D> (enable)

Catalyst R でのポートプライオリティの調整

ポート 3/2 で VLAN 1 のポートプライオリティ値を下げます。これにより、Catalyst D 上の対応するポート 5/2 で、ポート 5/1（ポートプライオリティ値は 32 のまま）で送信された BPDU よりも優先度の高い BPDU が受信されるようになります。

Catalyst_R> (enable) set spantree portvlanpri 3/2 16 1
Port 3/2 vlans 1 using portpri 16.
Port 3/2 vlans 2-1004 using portpri 32.
Port 3/2 vlans 1005 using portpri 4.
Catalyst_R> (enable)

Catalyst R での結果を確認

ポートプライオリティ値が変更されたことを確認できます。

Catalyst_R> (enable) show spantree 3/1                
Port                     Vlan Port-State    Cost  Priority Portfast   Channel_id
------------------------ ---- ------------- ----- -------- ---------- ----------
3/1                     1    forwarding       19       32 disabled   0         
3/1                     2    forwarding       19       32 disabled   0         
Catalyst_R> (enable) show spantree 3/2                
Port                     Vlan Port-State    Cost  Priority Portfast   Channel_id
------------------------ ---- ------------- ----- -------- ---------- ----------
3/2                     1    forwarding       19       16 disabled   0         
3/2                     2    forwarding       19       32 disabled   0         
Catalyst_R> (enable)

Catalyst D での結果の確認

Catalyst D では、予想どおりに VLAN 1 のポート 5/1 がブロッキング、ポート 5/2 がフォワーディングとなったことを確認できます。

Catalyst_D> (enable) show spantree 5/1
Port      Vlan  Port-State     Cost   Priority  Fast-Start  Group-Method
--------- ----  -------------  -----  --------  ----------  ------------
5/1      1     blocking          19        32   disabled              
5/1      2     forwarding        19        32   disabled              
Catalyst_D> (enable) show spantree 5/2
Port      Vlan  Port-State     Cost   Priority  Fast-Start  Group-Method
--------- ----  -------------  -----  --------  ----------  ------------
5/2      1     forwarding        19        32   disabled              
5/2      2     blocking          19        32   disabled              
Catalyst_D> (enable)

portvlanpri コマンドの詳細

トランクごとのポート VLAN のプライオリティには 2 つの値のみが設定可能で、そのうちの 1 つのみを portvlanpri コマンドで設定できます。これは、トランクに次の 2 組の VLAN のグループが存在することを意味します。

「グローバル」ポートプライオリティ値（デフォルト値は 32）を持つもの
portvlanpri コマンドで入力した「カスタム」値を持つもの

次に例を挙げて明確にします。前述の例に 3 つ目の VLAN を追加してみましょう。この VLAN は、デフォルトでは、グローバルポートプライオリティ値（デフォルト値は 32）を持つグループに属します。

Catalyst_R> (enable) set vlan 3                       
Vlan 3 configuration successful
Catalyst_R> (enable) show spantree 3/2                  
Port                     Vlan Port-State    Cost  Priority Portfast   Channel_id
------------------------ ---- ------------- ----- -------- ---------- ----------
3/2                     1    forwarding       19       16 disabled   0         
3/2                     2    forwarding       19       32 disabled   0         
3/2                     3    forwarding       19       32 disabled   0         
Catalyst_R> (enable)

set spantree portpri コマンドを使用して、ポートのグローバルプライオリティを変更します。

Catalyst_R> (enable) set spantree portpri 3/2 48
Bridge port  3/2 port priority set to 48.
Catalyst_R> (enable) show spantree 3/2
Port                     Vlan Port-State    Cost  Priority Portfast   Channel_id
------------------------ ---- ------------- ----- -------- ---------- ----------
3/2                     1    forwarding       19       16 disabled   0         
3/2                     2    forwarding       19       48 disabled   0         
3/2                     3    forwarding       19       48 disabled   0         
Catalyst_R> (enable)

これで、「グローバル」グループに属するすべての VLAN のプライオリティが 48 に変わりました。ここで、VLAN 3 を VLAN の他の「カスタム」グループに割り当て、portvlanpri コマンドで値を 8 に設定します。

Catalyst_R> (enable) set spantree portvlanpri 3/2 8 3
Port 3/2 vlans 1,3 using portpri 8.
Port 3/2 vlans 2,4-1004 using portpri 48.
Port 3/2 vlans 1005 using portpri 4.
Catalyst_R> (enable) show spantree 3/2
Port                     Vlan Port-State    Cost  Priority Portfast   Channel_id
------------------------ ---- ------------- ----- -------- ---------- ----------
3/2                     1    forwarding       19        8 disabled   0         
3/2                     2    forwarding       19       48 disabled   0         
3/2                     3    forwarding       19        8 disabled   0         
Catalyst_R> (enable)

「カスタム」グループ内のすべてのVLANのプライオリティが、VLAN 3だけでなく8に変更されていることに注目してください。VLAN 3をデフォルトグループに戻すには、clear spantree portvlanpriコマンドを使用します。

Catalyst_R> (enable) clear spantree portvlanpri 3/2 3
Port 3/2 vlans 1 using portpri 8.
Port 3/2 vlans 2-1004 using portpri 48.
Port 3/2 vlans 1005 using portpri 4.
Catalyst_R> (enable) show spantree 3/2
Port                     Vlan Port-State    Cost  Priority Portfast   Channel_id
------------------------ ---- ------------- ----- -------- ---------- ----------
3/2                     1    forwarding       19        8 disabled   0         
3/2                     2    forwarding       19       48 disabled   0         
3/2                     3    forwarding       19       48 disabled   0         
Catalyst_R> (enable)

このコマンドには、もう 1 つ制約があり、「グローバル」グループに割り当てられた値は、「カスタム」グループに設定したものより大きくなければなりません。

Catalyst_R> (enable) set spantree portvlanpri 3/2 62 3 
Portvlanpri must be less than portpri. Portpri for 3/2 is 48.

まとめ

「グローバル」グループ	「カスタム」グループ
デフォルトでは、すべての VLAN がこのグループに属す。	set spantree portvlanpri コマンドで選択した VLAN がこのグループに属す。
VLAN のプライオリティはset spantree port priority コマンドで設定される。	すべての VLAN のプライオリティはset spantree portvlanpri コマンドで設定される。
「グローバル」グループに設定したプライオリティ値は、「カスタム」グループに設定したものより大きくなければならない。	clear spantree portvlanpri コマンドを使用して、このグループから他のグループに VLAN を戻すことができる。

統合 IOS が動作するCatalyst スイッチでのVLANロードバランシングの設定

注：この設定例は、IOS(Catalyst 2900/3500XL、Catalyst 2950、Catalyst 3550、Catalyst 4000スーパーバイザIII/IV、およびCatalyst 6000を実行しているスイッチに適用されます。

ラボ図

Catalyst R での現在の STP 状態の表示

次に、Catalyst R での現在の STP 状態を示します。これは、VLAN 1 と VLAN 2 の両方のルートであるため、すべてのポートが転送されます。

Catalyst_R#show spanning-tree interface FastEthernet 3/1

Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Desg FWD 19        128.129  P2p 
VLAN0002         Desg FWD 19        128.129  P2p 

Catalyst_R#show spanning-tree interface FastEthernet 3/2

Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Desg FWD 19        128.130  P2p 
VLAN0002         Desg FWD 19        128.130  P2p

Catalyst D での現在の STP 状態の表示

Catalyst D では、VLAN 1 および 2 の両方に対してポート 5/2 が予想どおりブロックされています。

Catalyst_D#show spanning-tree interface FastEthernet 5/1

Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Root FWD 19        128.129  P2p 
VLAN0002         Root FWD 19        128.129  P2p 

Catalyst_D#show spanning-tree interface FastEthernet 5/2

Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Altn BLK 19        128.130  P2p 
VLAN0002         Altn BLK 19        128.130  P2p

Catalyst R でのポートプライオリティの調整

ポート 3/2 で VLAN 1 のポートプライオリティ値を下げます。これにより、Catalyst D 上の対応するポート 5/2 で、ポート 5/1（ポートプライオリティ値は 128 のまま）で送信された BPDU よりも優先度の高い BPDU が受信されるようになります。

Catalyst_R#config terminal
Catalyst_R(config)#interface FastEthernet 3/2       
Catalyst_R(config-if)#spanning-tree vlan 1 port-priority 64 
Catalyst_R(config-if)#end
Catalyst_R#

Catalyst R での結果を確認

ポートプライオリティ値が変更されたことを確認できます。

Catalyst_R#show spanning-tree interface FastEthernet 3/1

Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Desg FWD 19        128.129  P2p 
VLAN0002         Desg FWD 19        128.129  P2p 

Catalyst_R#show spanning-tree interface FastEthernet 3/2

Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Desg FWD 19         64.130  P2p 
VLAN0002         Desg FWD 19        128.130  P2p

Catalyst D での結果の確認

Catalyst D では、予想どおりに VLAN 1 のポート 5/1 がブロッキング、ポート 5/2 がフォワーディングとなったことを確認できます。

Catalyst_D#show spanning-tree interface FastEthernet 5/1

Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Altn BLK 19        128.129  P2p 
VLAN0002         Root FWD 19        128.129  P2p 

Catalyst_D#show spanning-tree interface FastEthernet 5/2

Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Root FWD 19        128.130  P2p 
VLAN0002         Altn BLK 19        128.130  P2p

port-priority および vlan port-priority コマンドの詳細

VLAN ポートのプライオリティを定義する方法には 2 種類あります。

「グローバル」ポートプライオリティ値（デフォルト値は 128）は、port-priority コマンドで、インターフェイスごとに変更できます。
「VLAN ごとの」のポートプライオリティ値は、VLAN port-priority コマンドで、インターフェイスごとに、および VLAN ごとに変更できます。

次に例を挙げて明確にします。次の例に 3 つ目の VLAN を追加してみましょう。この VLAN は、デフォルトでは、グローバルポートプライオリティ値（デフォルト値は 128）を持つグループに属します。

Catalyst_R#show spanning-tree interface FastEthernet 3/2

Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Desg FWD 19         64.130  P2p 
VLAN0002         Desg FWD 19        128.130  P2p 
VLAN0003         Desg FWD 19        128.130  P2p

spanning-tree port-priority インターフェイスコンフィギュレーションコマンドを使用して、ポートのグローバルプライオリティを変更します。

Catalyst_R(config)#interface FastEthernet 3/2
Catalyst_R(config-if)#spanning-tree port-priority 160
Catalyst_R#
Catalyst_R#show spanning-tree interface FastEthernet 3/2
Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Desg FWD 19         64.130  P2p 
VLAN0002         Desg FWD 19        160.130  P2p 
VLAN0003         Desg FWD 19        160.130  P2p

「グローバル」グループに属するすべてのVLANのプライオリティが160に変更されていることに注目してください。次に、spanning-tree vlan port-priorityインターフェイスコマンドを使用して、VLAN 3に独自のプライオリティ48を割り当てます。

Catalyst_R(config)#interface FastEthernet 3/2     
Catalyst_R(config-if)#spanning-tree vlan 3 port-priority 48
Catalyst_R#
Catalyst_R#show spanning-tree interface FastEthernet 3/2

Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Desg FWD 19         64.130  P2p 
VLAN0002         Desg FWD 19        160.130  P2p 
VLAN0003         Desg FWD 19         48.130  P2p

VLAN 3のみがプライオリティを48に変更していることに注目してください。VLAN 3をデフォルトグループに戻すには、no spanning-tree vlan port-priorityインターフェイスコマンドを使用します。

Catalyst_R(config)#interface FastEthernet 3/2           
Catalyst_R(config-if)#no spanning-tree vlan 3 port-priority 
Catalyst_R#
Catalyst_R#show spanning-tree interface FastEthernet 3/2

Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Desg FWD 19         64.130  P2p 
VLAN0002         Desg FWD 19        160.130  P2p 
VLAN0003         Desg FWD 19        160.130  P2p

結論

VLAN ロードバランシングをこのように設定すると、2 つの Catalyst 間で冗長トランクの使用が最適化されます。

STP のデフォルト値を保持することにより、2 つの Catalyst 間の冗長リンクがすべてブロッキングモードになります。STP プライオリティを調整すると、異なる VLAN に対して複数のリンクを同時に使用することができます。これにより、2 つのデバイス間で使用できる全体の帯域幅が増加します。リンクで障害が発生すると、STP により、再コンバージの際に残りのトランクに VLAN が再度ディスパッチされます。

この設計に残された唯一の欠点は、トラフィックのロードバランシングを VLAN 単位でしか行えないことです。前記の例では、理論上は Catalyst R と Catalyst D の間で 200 Mbps のトラフィックフローを達成するはずですが、VLAN 1 のトラフィックフローは 130 Mbps で、VLAN 2 ではわずか 10 Mbps のトラフィックしかなく、VLAN 1 でパケットがドロップされています。このような場合は、EtherChanneling 機能を使用して、パケットごとに複数のリンク間のロードバランシングを行います。ハードウェアでサポートされている場合は、この文書で説明した設定ではなく FastEtherchannel（または GigabitEtherChannel）を使用してください。

STPポートプライオリティによるトランク間のVLANロードバランシング

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概要

はじめに

表記法

前提条件

使用するコンポーネント

トランク間の VLAN ロードバランシングの概要

SSTP がブロックするポートを決定する方法

CatOS が動作する Catalyst スイッチでの VLAN ロードバランシングの設定

ラボ図

Catalyst R での現在の STP 状態の表示

Catalyst D での現在の STP 状態の表示

Catalyst R でのポートプライオリティの調整

Catalyst R での結果を確認

Catalyst D での結果の確認

portvlanpri コマンドの詳細

統合 IOS が動作するCatalyst スイッチでのVLANロードバランシングの設定

ラボ図

Catalyst R での現在の STP 状態の表示

Catalyst D での現在の STP 状態の表示

Catalyst R でのポートプライオリティの調整

Catalyst R での結果を確認

Catalyst D での結果の確認

port-priority および vlan port-priority コマンドの詳細

結論

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