内容

概要

前提条件

要件

使用するコンポーネント

表記法

機能のアベイラビリティ

STP ポートの役割の要約

STP ループガード

機能説明

設定に関する考慮事項

ループガードと UDLD の対比

ループガードと他の STP 機能との相互運用性

BPDU スキュー検出

機能説明

設定に関する考慮事項

概要

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。

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。STP がどのように動作するかを学ぶには、『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。

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。

機能のアベイラビリティ

CatOS

STP ループガード機能は、Catalyst 4000 および Catalyst 5000 プラットフォームでは Catalyst ソフトウェアの CatOS バージョン 6.2.1、Catalyst 6000 プラットフォームではバージョン 6.2.2 で導入されました。
BPDU スキュー検出機能は、Catalyst 4000 および Catalyst 5000 プラットフォームでは Catalyst ソフトウェアの CatOS バージョン 6.2.1、Catalyst 6000 プラットフォームではバージョン 6.2.2 で導入されました。

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。
BPDU スキュー検出機能は、Cisco IOS システムソフトウェアが稼働する Catalyst スイッチではサポートされていません。

STP ポートの役割の要約

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。

Designated：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。
Root：ブリッジに設定できるルートポートは1つだけです。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。
代替：代替ポートはルートブリッジに接続しますが、ルートポートは接続しません。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、同じブリッジ（スイッチ）の2つ以上のポートが直接または共有メディアを介して接続されている場合の特殊なケースです。このケースでは、1 つのポートが指定ポートになり、残りのポートではブロックが行われます。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。

CatOS

%SPANTREE-2-LOOPGUARDBLOCK: No BPDUs were received on port 3/2 in vlan 3. Moved to
 loop-inconsistent state.

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。受信された BPDU に従うということは、復旧が自動的に行われ、人的介入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。

CatOS

%SPANTREE-2-LOOPGUARDUNBLOCK: port 3/2 restored in vlan 3.

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、次の例を考えます。

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。

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）。

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）。

それでは、どのポートでループガードを有効にすればよいのでしょうか。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、1 つの（トランク）ポートが、ある VLAN では指定ポートになり、他の VLAN では指定ポートにならない可能性があります。想定されるフェールオーバーシナリオを考慮することも必要です。

次の例を検討します。

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。

CatOS

set spantree guard loop 
        
        
        
        
        

Console> (enable) set spantree guard loop 3/13
Enable loopguard will disable rootguard if it's currently enabled on the port(s).
Do you want to continue (y/n) [n]? y
Loopguard on port 3/13 is enabled.

Cisco IOS

spanning-tree guard loop

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

Catalyst ソフトウェア（CatOS）のバージョン 7.1(1) では、すべてのポートでグローバルにループガードを有効にできます。実際には、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なります。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。

CatOS

Console> (enable) set spantree global-default loopguard enable

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。

CatOS

Console> (enable) set spantree guard none

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。

CatOS

Console> (enable) set spantree global-default loopguard disable

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。

CatOS

show spantree guard 
        
        
        
        
        

Console> (enable) show spantree guard 3/13
Port                     VLAN Port-State    Guard Type
------------------------ ---- ------------- ----------
3/13                     2    forwarding          loop
Console> (enable)

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。

機能	ループガード	UDLD
コンフィギュレーション	ポート単位	ポート単位
アクションの精度	VLAN 単位	ポート単位
自動回復	Yes	はい、err-disable タイムアウト機能付き
単方向リンクを原因とする STP 障害に対する保護	はい、冗長トポロジのすべてのルートポートと代替ポート上で有効になっている場合	はい、冗長トポロジのすべてのリンク上で有効になっている場合
ソフトウェアの問題を原因とする STP 障害に対する保護（指定スイッチが BPDU を送信しない）	Yes	No
配線ミスに対する保護	No	Yes

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、ソフトウェアの問題が原因で発生する STP 障害に対する保護が UDLD にはない点です。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、この種の障害が起こる可能性は、単方向リンクによる障害よりも（桁違いに）低くなっています。その代わりに、EtherChannel での単方向リンクの場合は UDLD の方が柔軟に対応できます。このケースでは、UDLD では障害リンクだけが無効にされ、チャネルの残りのリンクは引き続き機能します。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。これは正常な動作である可能性があるため、この特別な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。

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

ループガードは共有リンクでは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がブロックされる場合があります。

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。

BPDU スキュー検出

ループガードは BPDU スキュー検出と問題なく相互運用できます。

BPDU スキュー検出

機能説明

STP の動作は BPDU のタイムリーな受信に大きく依存しています。hello_time メッセージ（デフォルトでは 2 秒）ごとに、ルートブリッジは BPDU を送信します。非ルートブリッジは hello_time メッセージごとに BPDU を再生成しませんが、ルートブリッジから送信され、中継された BPDU を受信します。したがって、すべての非ルートブリッジでは、hello_time メッセージごとにすべての VLAN で BPDU が受信されるはずです。場合によっては、BPDU が失われたり、ブリッジの CPU の負荷が高すぎて BPDU をタイムリーに中継できなかったりすることがあります。これらの問題やその他の問題によって、（たとえ到着する場合でも）BPDU の到達が遅れる可能性があります。これにより、スパニングツリートポロジの安定性が損なわれる可能性があります。

BPDU スキュー検出を使用すると、到着が遅れる BPDU をスイッチで常時監視して、syslog メッセージで管理者に通知できます。今までに BPDU が遅れて到達したことがある（つまりスキューが発生した）すべてのポートについて、スキュー検出は、最新のスキューと、そのスキューの期間（遅延）を報告します。また、特定のポートでの最長の BPDU 遅延も報告されます。

ブリッジの CPU が過負荷状態にならないようにするため、BPDU スキューイングが発生しても、そのたびに syslog メッセージが生成されるわけではありません。60 秒ごとに 1 つのメッセージが生成されるようレート制限されています。ただし、BPDU の遅延が max_age の半分（デフォルトでは 10 秒）を超えた場合は、即時にメッセージが出力されます。

注：BPDUスキュー検出は診断機能です。BPDU スキューイングが検出されても syslog メッセージが送信されるだけで、BPDU スキュー検出では修正措置は行われません。

BPDU スキュー検出によって生成された syslog メッセージの例を次に示します。

%SPANTREE-2-BPDU_SKEWING: BPDU skewed with a delay of 10 secs (max_age/2)

設定に関する考慮事項

BPDU スキュー検出はスイッチ単位で設定されます。デフォルト設定は「無効」です。BPDU スキュー検出を有効にするには、次のコマンドを発行します。

Cat6k> (enable) set spantree bpdu-skewing enable 
   Spantree bpdu-skewing enabled on this switch.

BPDUスキューイング情報を表示するには、次の例に示すようにshow spantree bpdu-skewing <vlan>|<mod/port>コマンドを使用します。

Cat6k> (enable) show spantree bpdu-skewing 1
Bpdu skewing statistics for vlan 1
Port Last Skew (ms) Worst Skew (ms) Worst Skew Time
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3/12 4000 4100 Mon Nov 19 2001, 16:36:04