STP ループガードおよび UDLD 機能の理解

はじめに

このドキュメントでは、レイヤ 2 ネットワークの安定性を向上させることを目的としたスパニングツリープロトコルの機能について説明します。 

前提条件

要件

このドキュメントでは、読者が STP の基本的な動作に精通していることを前提としています。詳細は、『Catalystスイッチでのスパニングツリープロトコル(STP)についての説明と設定方法』を参照してください。

使用するコンポーネント

このドキュメントはCatalystスイッチに基づいていますが、説明されている機能のアベイラビリティは、使用されているソフトウェアリリースによって異なる場合があります。

このドキュメントの情報は、特定のラボ環境にあるデバイスに基づいて作成されました。このドキュメントで使用するすべてのデバイスは、クリアな（デフォルト）設定で作業を開始しています。本稼働中のネットワークでは、各コマンドによって起こる可能性がある影響を十分確認してください。

表記法

ドキュメント表記の詳細については、『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。

背景説明

Spanning Tree Protocol（STP; スパンニング ツリー プロトコル）により、物理的に冗長化されたトポロジがループのないツリー状のトポロジに解決されます。STP の最大の問題は、一部のハードウェアの障害によって STP に障害が発生する点です。

このような障害により、フォワーディング ループ（つまり STP ループ）が引き起こされます。 STP ループによりネットワークの大規模な停止が引き起こされます。

このドキュメントでは、レイヤ 2 ネットワークの安定性の向上を目的に開発されたループ ガード STP 機能について説明しています。

またこのドキュメントでは、Bridge Protocol Data Unit（BPDU; ブリッジ プロトコル データ ユニット）スキュー検出についても説明しています。BPDU スキュー検出は、時間内に BPDU が受信されなかった場合に syslog メッセージを生成する診断機能です。

機能のアベイラビリティ

Cisco IOS

• STPループガード機能は、Catalyst 4500スイッチではCisco IOS®ソフトウェアリリース12.1(12c)EW、Catalyst 6500ではCisco IOSソフトウェアリリース12.1(11b)EXで導入されました。

STPポートのロール

STP では、設定、トポロジ、トポロジ内でのポートの相対的な位置、およびその他の考慮事項に基づいて、ブリッジ（またはスイッチ）の各ポートに内部的な役割が与えられます。

ポートの役割によって、STP の観点から見たポートの動作が決まります。ポートでは、ポートの役割に基づいて、STP BPDU の送信や受信が行われ、データ トラフィックの転送やブロックが行われます。

次のリストは各 STP ポートの役割の簡潔な要約です。

• 指定：リンク（セグメント）ごとに1つの指定ポートが選択されます。 指定ポートはルート ブリッジに最も近いポートです。このポートは、そのリンク（セグメント）上で BPDU を送信し、ルート ブリッジにトラフィックを転送します。STP によってコンバージされたネットワークでは、指定ポートはすべて STP フォワーディング ステートになります。

• ルート：ブリッジは1つのルートポートだけを持つことができます。ルート ポートはルート ブリッジに到達するポートです。STP によってコンバージされたネットワークでは、ルート ポートは STP フォワーディング ステートになります。

• Alternate：代替ポートはルートブリッジにつながりますが、ルートポートではありません。代替ポートは STP ブロッキング ステートになります。

• バックアップ：これは、同じスイッチ間の2つ以上のポートが直接または共有メディア経由で相互に接続されている場合の特殊なケースです。この場合、1つのポートが指定ポートになり、残りのポートはブロックされます。このポートの役割はバックアップです。

STP ループ ガード

機能説明

STP ループ ガード機能では、レイヤ 2 の転送ループ（STP ループ）に対する防御が追加で提供されます。 冗長トポロジで STP ブロッキング ポートが誤って forwarding 状態に移行すると、STP ループが発生します。

これは通常、物理的に冗長化されたトポロジのいずれかのポート（必ずしも STP ブロッキング ポートとは限らない）で STP BPDU が受信されなくなったために発生します。STP の動作は、ポートのロールに基づく BPDU の継続的な送受信に依存しています。

指定ポートでは BPDU が送信され、指定ポート以外のポートでは BPDU が受信されます。

物理的に冗長化されたトポロジのいずれかのポートで BPDU が受信されなくなると、STP ではトポロジにループがないと判断されます。最終的に、ブロッキング ポートが代替またはバックアップ ポートから指定ポートになり、フォワーディング ステートに移行します。この状況により、ループが発生してしまいます。

ループ ガード機能では、追加チェックが行われます。指定ポート以外のポートでループ ガードが有効にされていて、BPDU が受信されない場合、そのポートはリスニング/ラーニング/フォワーディング ステートに移行するのではなく、STP ループ不整合ブロッキング ステートに移行します。

Loop Guard 機能がない場合、ポートは、指定ポートのロールを担ってしまいます。ポートは、STP フォワーディング ステートに移行し、ループが発生します。

Loop Guard によって loop-inconsistent ポートがブロックされると、次のメッセージが表示されます。

• Cisco IOS

  %SPANTREE-2-LOOPGUARD_BLOCK: Loop guard blocking port FastEthernet0/24 on VLAN0050.

ループ不整合 STP ステートのポートで BPDU が受信されると、そのポートは別の STP ステートに移行します。これは、受信されたBPDUに対して、回復が自動的に行われ、操作が不要であることを意味します。復旧すると、次のメッセージがログに記録されます。

• Cisco IOS

  %SPANTREE-2-LOOPGUARD_UNBLOCK: Loop guard unblocking port FastEthernet0/24 on VLAN0050.

この動作を説明するために、次の例を検討します。

スイッチ A はルート スイッチです。スイッチ B とスイッチ C の間のリンクで単方向リンク障害が発生しているため、スイッチ C では、スイッチ B からの BPDU が受信されていません。

単方向リンク障害

ループ ガードが無効の場合は、max_age タイマーの期限が切れた時点で、スイッチ C の STP ブロッキング ポートが STP リスニング ステートに移行し、さらに forward_delay 時間が 2 回経過してからフォワーディング ステートに移行します。

この状況により、ループが発生してしまいます。

ループが作成される

ループ ガードが有効になっている場合は、max_age タイマーの有効期限が切れた時点で、スイッチ C のブロッキング ポートは STP ループ不整合ステートに移行します。

STP ループ不整合ステートのポートはユーザ トラフィックを通過させないため、ループは形成されません（このループ不整合ステートは、事実上はブロッキング ステートに等しくなります）。

ループガードの有効化によるループの防止

設定に関する考慮事項

ループ ガード機能はポート単位で有効になります。しかし、STP レベルでポートをブロックしている限り、ループ ガードでは VLAN 単位で不整合ポートがブロックされます（Per-VLAN STP のため）。

つまり、トランク ポートで、ある特定の VLAN の BPDU が受信されない場合、その VLAN のみがブロックされます（ループ不整合 STP ステートに移行します）。

同じ理由から、EtherChannel インターフェイスでループ ガードが有効になっている場合は、1 つのリンクだけでなく、特定の VLAN のチャネル全体がブロックされます（STP の観点では、EtherChannel は 1 つの論理ポートと見なされるため）。

Loop Guardはどのポートで有効になりますか。最も明白な答えはブロッキング ポートです。ただし、これは全面的に正しいわけではありません。

ループ ガードは、アクティブ トポロジのどのような組み合せにおいても、指定ポート以外のポート（より正確には、ルート ポートと代替ポート）で有効にする必要があります。

ループガードがVLAN単位の機能でない限り、同じ（トランク）ポートを一方のVLANに指定し、もう一方のVLANに非指定ポートを指定できます。

考えられるフェールオーバーシナリオも考慮する必要があります。

例

ループガードが有効になっているポート

デフォルトでは、ループ ガードは無効になっています。ループ ガードを有効にするには、次のコマンドを使用します。

• Cisco IOS

  spanning-tree guard loop
  
  Router(config)#interface gigabitEthernet 1/1
  Router(config-if)#spanning-tree guard loop
  

事実上、ループガードはすべてのポイントツーポイントリンクで有効にできます。ポイントツーポイント リンクは、各リンクのデュプレックス ステータスによって検出されます。全二重の場合、リンクはポイントツーポイントであると見なされます。グローバル設定は、ポート単位で設定や上書きが可能です。

ループ ガードをグローバルに有効にするには、次のコマンドを発行します。

• Cisco IOS

  Router(config)#spanning-tree loopguard default 
  

ループ ガードを無効にするには、次のコマンドを発行します。

• Cisco IOS

  Router(config-if)#no spanning-tree guard loop
  

ループ ガードをグローバルに無効にするには、次のコマンドを発行します。

• Cisco IOS

  Router(config)#no spanning-tree loopguard default
  

ループ ガードのステータスを確認するには、次のコマンドを発行します。

• Cisco IOS

  show spanning-tree 
  
  Router#show spanning-tree summary
  Switch is in pvst mode
  Root bridge for: none
  EtherChannel misconfig guard is enabled
  Extended system ID           is disabled
  Portfast Default             is disabled
  PortFast BPDU Guard Default  is disabled
  Portfast BPDU Filter Default is disabled
  Loopguard Default            is enabled
  UplinkFast                   is disabled
  BackboneFast                 is disabled
  Pathcost method used         is short
  
  Name                   Blocking Listening Learning Forwarding STP Active
  ---------------------- -------- --------- -------- ---------- ----------
  Total                        0         0        0          0          0

ループ ガードと UDLD の対比

ループ ガードと Unidirectional Link Detection（UDLD; 単方向リンク検出）の両機能は、単方向リンクによって生じる STP 障害を防止するという意味で、部分的に共通するところがあります。ただし、これら 2 つの機能では、機能と問題へのアプローチ方法が異なっています。

次の表は、ループ ガードと UDLD の機能を説明したものです。

設計上のさまざまな考慮事項に基づいて、UDLD とループ ガード機能のどちらかを選択できます。STPに関しては、2つの機能の最も顕著な違いは、UDLDにはソフトウェアの問題に起因するSTP障害に対する保護がないことです。

その結果、指定スイッチからは BPDU が送信されません。ただし、このタイプの障害は、単方向リンクによって発生する障害よりも（ある程度）頻度が低くなります。その代わり、UDLDはEtherChannel上の単方向リンクの場合により柔軟に対応できます。

この場合、UDLDは障害が発生したリンクだけを無効にし、残りのリンクでチャネルの機能を維持できます。このような障害では、チャネル全体をブロックするために、ループ ガードではポートがループ不整合ステートにされます。

また、ループガードは、共有リンクやリンクアップ以降常にリンクが単方向の状況では機能しません。最後のケースでは、ポートは BPDU を受信せず、指定ポートになります。

この動作は正常である可能性があるため、この特定のケースはループガードでは対処できません。UDLD を使用すれば、このようなシナリオに対しても防止が可能です。

これまでの説明からわかるように、UDLD とループ ガードを両方とも有効にすれば最高レベルの保護が得られます。

ループ ガードと他の STP 機能との相互運用性

ルート ガード

ルート ガードはループ ガードと同時には使用できません。ルート ガードは指定ポートで使用されるもので、ポートが指定ポート以外になることが防止されます。

ループ ガードは指定ポート以外のポートで動作し、max_age の期限切れによってポートが指定ポートになることが防止されます。ルート ガードはループ ガードと同じポートで有効にすることはできません。

あるポートにループ ガードが設定されると、そのポートではルート ガードは無効になります。

アップリンク ファーストとバックボーン ファースト

アップリンク ファーストとバックボーン ファーストはどちらもループ ガードに対して透過的です。再コンバージェンス時にバックボーン ファーストによって max_age タイマーが無視されたときは、ループ ガードは起動されません。

アップリンク ファーストとバックボーン ファーストの詳細については、次のドキュメントを参照してください。

• 『Cisco UplinkFast 機能の説明と設定』

• Catalyst スイッチ上の Backbone Fast についての説明と設定

PortFast、BPDU ガード、ダイナミック VLAN

PortFast が有効になっているポートに対しては、ループ ガードは有効にできません。BPDU ガードは PortFast が有効になっているポートで動作しますが、BPDU ガードにも一部の制限が適用されます。

ループ ガードはダイナミック VLAN に対しては有効にできませんが、これはこれらのポートでは PortFast が有効であるためです。

共有リンク

共有リンクではループガードを有効にしないでください。共有リンクでループガードを有効にすると、共有セグメントに接続されたホストからのトラフィックをブロックできます。

多重スパニングツリー（MST）

ループ ガードは MST 環境で正常に動作します。

関連情報

• ルートガードによるスパニングツリープロトコル（STP）の強化
• UDLD プロトコル機能の設定
• PortFast と他のコマンドを使用したワークステーションの接続始動遅延の修復
• シスコのテクニカルサポートとダウンロード