Penjelasan tentang Spanning Tree Protocol.

Spanning Tree Protocol

Spanning Tree Protocol adalah protokol jaringan yang membangun topologi loop-free untuk jaringan Ethernet. Fungsi dasar STP adalah mencegah jembatan loop dan radiasi siaran yang dihasilkan dari mereka. Spanning tree juga memungkinkan desain jaringan untuk menyertakan tautan cadangan untuk memberikan toleransi kesalahan jika tautan aktif gagal. Seperti namanya, STP membuat pohon rentang dalam jaringan jembatan lapisan-2 yang terhubung, dan menonaktifkan tautan yang bukan bagian dari pohon rentang, meninggalkan satu jalur aktif di antara dua simpul jaringan.

Status port switch STP (Spanning Tree Protocol)
 Semua port switch di LAN dimana STP diaktifkan dikategorikan.

• Bloking: Port yang akan menyebabkan loop switching jika aktif. Tidak ada data pengguna yang dikirim atau diterima melalui port pemblokiran, tetapi dapat masuk ke mode penerusan jika tautan lain dalam penggunaan gagal dan algoritma spanning tree menentukan port dapat bertransisi ke status penerusan. Data BPDU masih diterima dalam status pemblokiran. Mencegah penggunaan jalur melingkar.
• Listening: Switch memproses BPDU dan menunggu kemungkinan informasi baru yang akan menyebabkannya kembali ke keadaan pemblokiran. Itu tidak mengisi MAC Address Table dan tidak meneruskan ke frame.
• Learning: Sementara port belum maju, ia belajar alamat sumber dari frame yang diterima dan menambahkannya ke database penyaringan (switching database). Ini mengisi tabel alamat MAC, tetapi tidak meneruskan frame.
• Forwarding: Port menerima dan mengirim data dalam frame Ethernet, operasi normal. Port Forwarding memantau masuknya BPDU yang akan menunjukkan itu harus kembali ke keadaan pemblokiran untuk mencegah loop.
• Disable: Administrator jaringan telah menonaktifkan port switch secara manual.

Mengkonfigurasi Spanning Tree Protoocol

Mengkonfigurasi STP dan RSTP pada switch dalam LAN mengikuti prinsip yang sama. STP harus diaktifkan pada semua switch di LAN dan versi STP harus dipilih. Semua switch harus menggunakan versi STP yang sama. Kemudian administrator harus menentukan switch mana yang akan menjadi root bridge, dan prioritas dari switch lain dalam spanning tree. Jika root bridge turun, protokol akan secara otomatis menetapkan root bridge baru berdasarkan pada ID Bridge. Jika semua switch memiliki ID bridge yang sama, seperti ID default, dan root bridge turun, situasi tie muncul dan protokol akan menetapkan satu switch sebagai root bridge berdasarkan alamat MAC switch. Setelah switch diberi ID bridge dan protokol memilih root bridge switch, jalur terbaik ke root root dihitung berdasarkan biaya port, biaya jalur dan prioritas port.

Pilih Root Bridge dan ID Bridge

Root Bridge dari Spanning Tree adalah bridge dengan ID Bridge terkecil (terendah). Setiap jembatan memiliki nomor prioritas yang dapat dikonfigurasi dan alamat MAC; ID Bridge adalah gabungan dari prioritas bridge dan alamat MAC. Misalnya ID Bridge dengan prioritas 32768 dan MAC 0200.0000.1111 adalah 32768.0200.0000.1111. Default prioritas bridge adalah 32768 dan hanya dapat dikonfigurasi dalam kelipatan 4096.

Pilihan Protokol dari rute menuju Root Bridge

Urutan kejadian untuk menentukan BPDU terbaik yang diterima (yang merupakan jalur terbaik ke root) adalah:

• Lowest root bridge ID: Menentukan root brige.
• Lowest cost to the root bridge: Menyerupai switch dengan least cost untuk melakukan root
• Lowest sender bridge ID: Server sebagai tiebreak jika banyak switch upstream memiliki cost yang sama untuk melakukan root
• Lowest sender port ID: Server sebagai tie breaker jika switch memiliki beberapa tautan (non-Etherchannel) ke satu upstream switch, ketika:

1. Bridge ID: prioritas (4 bit) + ekstensi ID sistem yang ditetapkan secara lokal (12 bit) + ID [MAC address] (48 bit); prioritas jembatan standar adalah 32768, dan
2. Port ID: prioritas (4 bit) + ID (Interface Number) (12 bit); prioritas port default adalah 128.

Cara Kerja Spanning Tree Protocol

STP mencegah terjadinya looping dengan menempatkan setiap port switch pada salah satu status Forwarding atau Blocking. Interface dengan status forwarding bekerja seperti biasa, mem-forward dan menerima frame, sedangkan interface dengan status blocking tidak memproses frame apapun kecuali pesan-pesan STP. Semua port yang berada dalam status forwarding disebut berada pada jalur spanning tree (topologi STP), sekumpulan port-port forwarding membentuk jalur tunggal dimana frame ditransfer antar-segment.

Berdasarkan gambar di atas, saat client B mengirimkan frame broadcast, frame tidak mengalami looping. Proses pengiriman frame topologi pada gambar di atas :

1. Client B mengirimkan frame ke switch B.
2. Kemudian switch B mem-forward frame hanya ke switch A, karena port fa0/5 dari switch B berada pada status blocking.
3. Kemudian, switch A mem-flood frame keluar melalui fa0/9 dan ke jaringan clientnya.
4. Switch C mem-flood frame keluar melalui jaringan clientnya dan fa0/5, namu switch B akan mengabaikan frame yang dikirimkan oleh switch C, karena frame tersebut masuk melalu port fa0/5 dari switch B yang beraada pada status blocking.

Dengan topologi STP seperti gambar di atas switc-switch tidak mengaktifkan link anatar switch C dan switch B untuk trafik dalam VLAN. Namun jika link antara switch A dan switch B mengalami kegagalan dalam beroperasi, maka STP akan membuat port fa0/5 pada switch B menjadi forwading sehingga link antara switch B dan switch C menjadi aktif dan frame tetap bias ditransfer secara normal dalam VLAN.

Algoritma Spanning Tree

Pemilihan root bridge menjadi landasan utama dalam konsep ini, root bridge adalah switch yang memilih MAC address yang paling rendah dalam topologi. Switch mengirim bridge protocol data unit (BPDU) setiap 2 detik untuk menginformasikan tentang bridge ID (BID) BID berisi MAC Address & priority, priority lebih diutamakan dibandign MAC address, defaultnya 32768.

STP bridge ID (BID) adalah angka 8 byte yang unik untuk setiap switch. Bridge ID terdiri dari 2 byte priority dan 6 byte berikutnya adalah system ID, dimana system ID berdasarkan pada MAC address bawaan tiap switch. Karena menggunakan MAC address bawaan ini dapat dipastikan tiap switch akan memiliki Bridge ID yang unik. STP mendefinisikan pesan yang disebut bridge protocol data units (BPDU), yang digunakan oleh switch untuk bertukar informasi satu sama lain. Pesan paling utama adalah Hello BPDU, berisi Bridge ID dari switch pengirim.

• Penentuan Root Bridge

Proses penentuan root bridge pada topologi spanning tree adalah Switch-switch akan memilih root bridge berdasarkan Bridge ID dalam BPDU. Root Bridge adalah switch dengan Bridge ID paling rendah. Kita ketahui bahwa 2-byte pertama dari switch digunakan untuk priority, karena itu switch dengan priority paling rendah akan terpilih menjadi root switch. Namun kadangkala, ada beberapa switch yang memiliki nilai priority yang sama, untuk hal ini maka pemilihan root switch akan ditentukan berdasarkan 6-byte System ID berikutnya yang berbasis pada MAC address, karena itu switch dengan bagian MAC address paling rendah akan terpilih sebagai root bridge.

• Penetuan Designated Port dan Nondesignated Port

Menentukan designated port sebagai link untuk switch lainnya sehingga membentuk topologi merupakan bagian dari konsep STP. Designated port untuk setiap segment dalam jaringan adalah switch port yang mengirimkan paket Hello ke jaringan dengan cost terkecil. Ketika switch non-root mengirimkan pesan Hello, maka switch non-root akan menyertakan nilai cost tersebut kedalam pesan. Hasilnya, switch dengan cost terkecil untuk mencapai root switch menjadi Designated Port dalam segment tersebut. 

Nondesignated port adalah port dengan sebuah cost yang lebih tinggi daripada designated port, yang akan ditempatkan di mode blocking. Sebuah nondesignated port bukan sebuah fowarding port.

• Penentuan Root Bridge

Selain designated port terdapat juga root port merupakan link yang terhubung secara langsung ke root bridge atau jalur terpendek ke root bridge. Jika lebih dari satu link terhubung ke root bridge maka sebuah cost dari port ditentukan dengan mengecek bandwidth dari setiap link. Port dengan cost paling rendah menjadi root port. Jika banyak link memiliki cost yang sama maka bridge dengan bridge ID diumumkan yang lebih rendah akan di gunakan. Karena berbagai link dapat berasal dari alat yang sama, maka nomor port yang terendahlah yang akan digunakan.

Istilah-istilah penting:

1. Bridge ID (BID) : dikirimkan dalam BPDU, isinya adalah MAC address dan priority, BID terendah lah yang diambil.
2. Bridge Protocol Data Unit (BPDU) : dikirimkan oleh switch tiap 2 detik, isinya adalah BID
3. Designated port : Port yang sifatnya forwarding, dapat mengirimkan data.
4. Blocking port : Port yang diblok oleh spanning-tree protocol.
5. Root port : Port pada non-root bridge yang tepat langsung mengarah ke root bridge, sifatnya selalu forwarding.
6. Root bridge : Switch pada topologi yang menjadi acuan dalam menentukan suatu port lain, dipilih berdasarkan BID yang terendah.
7. Non-root bridge : Switch yang BID-nya bukan yang terendah, non-root bridge yang BID-nya paling tinggi, salah satu portnya akan diblok.

Referensi: 

• https://en.wikipedia.org/wiki/Spanning_Tree_Protocol
• http://ranggawarsito.blogspot.co.id/2014/04/cara-kerja-spanning-tree-protocol.html