پروتکل Spanning Tree: جلوگیری از حلقه در شبکه‌های سوئیچ‌شده

لینک‌های فیزیکی افزونه بین سوئیچ‌ها تحمل‌پذیری خطا فراهم می‌کنند اما حلقه‌های لایه ۲ ایجاد می‌کنند که می‌توانند کل شبکه را در چند ثانیه از کار بیندازند. این مقاله توضیح می‌دهد چرا حلقه‌ها در شبکه‌های سوئیچ‌شده فاجعه‌بارند، پروتکل Spanning Tree چگونه یک root bridge انتخاب می‌کند و مسیرهای افزونه را برای جلوگیری از آن‌ها مسدود می‌کند، و دستورات ضروری برای تأیید عملیات STP روی یک سوئیچ سیسکو را پوشش می‌دهد.

پروتکل Spanning Treeانتخاب Root Bridgeحالت‌های پورت STP

~6 min read · Updated Sep 9, 2026

چرا لینک‌های افزونه هم ضروری و هم خطرناک هستند

اتصال سوئیچ‌ها، که پیش‌تر در این مجموعه بحث شد، با فقط یک لینک واحد بین آن‌ها یک نقطه شکست واحد ایجاد می‌کند — اگر آن لینک قطع شود، اتصال بین سوئیچ‌ها کاملاً از دست می‌رود. افزودن یک لینک دوم و افزونه این مسئله قابلیت‌اطمینان را حل می‌کند، اما یک مسئله جدی جدید معرفی می‌کند: یک Layer 2 Loop (حلقه لایه ۲).

چرا حلقه‌ها در لایه ۲ فاجعه‌بارند

برخلاف یک بسته IP، که شامل یک فیلد Time to Live (TTL) است که در نهایت منقضی می‌شود و یک بسته در حلقه را دور می‌ریزد، یک فریم اترنت چنین مکانیزمی ندارد. بدون پروتکل Spanning Tree، یک فریم پخش که وارد یک توپولوژی حلقه‌ای می‌شود به‌طور نامحدود می‌چرخد، و به‌طور مکرر از هر پورت سوئیچ تکثیر و دوباره سیلاب می‌شود.

پیشرفت طوفان پخش بدون STP:
۱. یک فریم پخش وارد حلقه می‌شود
۲. سوئیچ A آن را از همه پورت‌ها سیلاب می‌کند،
   شامل لینک افزونه به سوئیچ B
۳. سوئیچ B آن را دوباره از همه پورت‌ها سیلاب می‌کند،
   شامل بازگشت به‌سمت سوئیچ A
۴. این به‌طور نمایی تکرار می‌شود، و تمام
   پهنای باند موجود را در چند ثانیه مصرف می‌کند

پیامد اضافی: بی‌ثباتی جدول آدرس MAC،
چون همان آدرس MAC منبع به‌نظر می‌رسد از چند
پورت مختلف تقریباً هم‌زمان می‌رسد

این شرایط، به نام Broadcast Storm (طوفان پخش)، می‌تواند کل یک شبکه سوئیچ‌شده را در چند ثانیه پس از تشکیل یک حلقه کاملاً غیرقابل‌استفاده کند — که جلوگیری از حلقه را به یکی از حیاتی‌ترین عملکردهایی که هر شبکه لایه ۲ باید پیاده‌سازی کند تبدیل می‌کند.

پروتکل Spanning Tree چگونه این را حل می‌کند

Spanning Tree Protocol (STP) مسئله حلقه را با مسدودکردن منطقی مسیرهای افزونه در حالی که فیزیکاً متصل نگه‌شان می‌دارد، آماده برای فعال‌شدن خودکار اگر مسیر اصلی شکست بخورد، حل می‌کند. STP این را با ساخت یک توپولوژی درختی منطقی بدون‌حلقه روی مش فیزیکی اتصالات به دست می‌آورد.

گام اول: انتخاب یک Root Bridge

هر توپولوژی STP با انتخاب یک Root Bridge (بریج ریشه) واحد شروع می‌شود — نقطه مرجعی که هر سوئیچ دیگر بهترین مسیرش به‌سمت آن را محاسبه می‌کند.

انتخاب root bridge بر اساس Bridge ID است:
Bridge ID = اولویت (پیش‌فرض 32768) + آدرس MAC

سوئیچ با کمترین Bridge ID به
root bridge تبدیل می‌شود — اولویت کمتر
اول برنده می‌شود، و آدرس MAC هر تساوی اولویت را می‌شکند

-- تأثیرگذاری روی انتخاب root bridge با کاهش اولویت
Switch(config)# spanning-tree vlan 10 priority 4096

-- یک میان‌بر رایج که اولویت را به‌طور خودکار
-- کمتر از root فعلی تنظیم می‌کند
Switch(config)# spanning-tree vlan 10 root primary

تنظیم عمدی اولویت روی یک سوئیچ خاص و به‌خوبی‌موقعیت‌یافته، عمل استاندارد در شبکه‌های تولیدی است، چون رهاکردن کامل انتخاب root bridge به شانس (فقط بر اساس آدرس MAC) می‌تواند منجر به یک سوئیچ ضعیف‌موقعیت یا کم‌قدرت شود که root می‌شود، و مسیرهای ترافیک غیربهینه در سراسر شبکه ایجاد می‌کند.

گام دوم: تعیین نقش‌های پورت

وقتی root bridge برقرار شد، هر سوئیچ دیگر Root Port (پورت ریشه) خودش (بهترین مسیر واحد به‌سمت root، بر اساس هزینه مسیر تجمعی) و برای هر سگمنت شبکه، یک Designated Port (پورت تعیین‌شده) (بهترین مسیر رو‌به‌جلو از root برای آن سگمنت) را تعیین می‌کند. هر پورتی که نه root port است و نه designated port، یک Blocking Port (پورت مسدود) می‌شود — فیزیکاً متصل باقی می‌ماند اما ترافیک معمولی را فوروارد نمی‌کند، و حلقه را حذف می‌کند.

هزینه مسیر بر اساس سرعت لینک است:
10 Mbps:   هزینه 100
100 Mbps:  هزینه 19
1 Gbps:    هزینه 4
10 Gbps:   هزینه 2

یک سوئیچ root port خودش را با یافتن
مسیر به root bridge با کمترین هزینه
تجمعی کل در سراسر همه هاپ‌ها انتخاب می‌کند

حالت‌های پورت STP

یک پورت بلافاصله به فوروارد‌کردن ترافیک نمی‌پرد؛ از میان یک توالی حالت پیش می‌رود که برای جلوگیری از حلقه‌های موقت در طول همگرایی اولیه توپولوژی یا پس از یک تغییر طراحی شده‌اند.

Blocking:    فقط BPDU ها را دریافت می‌کند، ترافیک را فوروارد
             نمی‌کند یا آدرس‌های MAC را یاد نمی‌گیرد (تایمر حداکثر سن 20 ثانیه)
Listening:   شروع به مشارکت در محاسبات STP می‌کند،
             همچنان فوروارد یا یادگیری نمی‌کند (15 ثانیه)
Learning:    شروع به یادگیری آدرس‌های MAC می‌کند، همچنان
             ترافیک را فوروارد نمی‌کند (15 ثانیه)
Forwarding:  کاملاً عملیاتی، ترافیک را به‌طور معمول فوروارد می‌کند

زمان همگرایی کل در STP کلاسیک 802.1D:
تا 50 ثانیه — یک تأخیر قابل‌توجه دنیای واقعی

این زمان همگرایی کند یک محدودیت عملی بزرگ STP اصلی بود، که مستقیماً Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP, 802.1w) سریع‌تر را که تقریباً به‌طور جهانی در شبکه‌های مدرن استفاده می‌شود انگیزه داد، که همگرایی را در چند ثانیه به‌جای ده‌ها ثانیه از طریق یک ماشین‌حالت اساساً بازبینی‌شده و مذاکره پیشگیرانه بین سوئیچ‌ها به دست می‌آورد.

تأیید عملیات Spanning Tree

Switch# show spanning-tree vlan 10

VLAN0010
  Spanning tree enabled protocol rstp
  Root ID    Priority    4096
             Address     0050.56aa.1111
             This bridge is the root

  Bridge ID  Priority    4096
             Address     0050.56aa.1111

Interface     Role  Sts  Cost   Prio.Nbr  Type
Gi1/0/1       Desg  FWD  4      128.1     P2p
Gi1/0/2       Root  FWD  4      128.2     P2p
Gi1/0/3       Altn  BLK  4      128.3     P2p

این خروجی مستقیماً مفاهیم پوشش‌داده‌شده در بالا را تأیید می‌کند: root bridge را شناسایی می‌کند، اولویت خود این سوئیچ را نشان می‌دهد، و نقش هر پورت (Root، Desg برای تعیین‌شده، یا Altn برای جایگزین/مسدود) و حالت فعلی‌اش را فهرست می‌کند — مهم‌ترین دستور واحد برای تشخیص هر حلقه لایه ۲ مشکوک یا رفتار توپولوژی غیرمنتظره.

چرا درک STP ضروری است، نه اختیاری

Spanning Tree به‌طور پیش‌فرض به‌طور خودکار روی سوئیچ‌های سیسکو اجرا می‌شود، و بسیاری مدیران هرگز صراحتاً آن را پیکربندی نمی‌کنند — اما درک دقیق اینکه انتخاب root bridge، نقش‌های پورت، و حالت‌های پورت چگونه کار می‌کنند برای دو دلیل حیاتی ضروری است: طراحی درست توپولوژی‌های افزونه که به‌طور قابل‌پیش‌بینی failover می‌کنند، و تشخیص سریع مسائل اتصال متناوب و سخت-برای-بازتولید که وقتی STP به‌طور غیرمنتظره رفتار می‌کند رخ می‌دهند، مانند پس از اینکه یک سوئیچ نادرست‌پیکربندی‌شده یا معیوب به یک توپولوژی در غیر این صورت پایدار معرفی می‌شود.

Written & researched by Dr. Shahin Siami

Related Articles

اصول شبکه‌های بی‌سیم LAN: استانداردها، معماری، و پیکربندی پایه

شبکه‌سازی بی‌سیم یک محیط فیزیکی کاملاً متفاوت از اترنت کابلی که پیش‌تر در این مجموعه پوشش داده شد معرفی می‌کند، همراه با اصطلاحات، معماری، و ملاحظات امنیتی خودش. این مقاله تکامل استانداردهای بی‌سیم 802.11 را توضیح می‌دهد، معماری بی‌سیم متمرکز ساخته‌شده حول کنترل‌کننده‌های LAN بی‌سیم را پوشش می‌دهد، و پیکربندی یک شبکه بی‌سیم پایه با امنیت مناسب را مرور می‌کند.

Continue

اصول کیفیت سرویس: طبقه‌بندی و اولویت‌بندی ترافیک شبکه

همه ترافیک شبکه به‌یک‌اندازه به تأخیر حساس نیستند، و رفتار یکسان با یک تماس صوتی و یک دانلود فایل بزرگ در دوره‌های ازدحام تجربه ضعیفی برای هر دو تولید می‌کند. این مقاله توضیح می‌دهد چرا QoS اهمیت دارد، طبقه‌بندی و علامت‌گذاری ترافیک با استفاده از CoS و DSCP را پوشش می‌دهد، استراتژی‌های صف‌بندی که تعیین می‌کنند کدام ترافیک اول خدمت می‌گیرد را مرور می‌کند، و پیکربندی ضروری برای اعمال سیاست‌های QoS روی یک دستگاه سیسکو را پوشش می‌دهد.

Continue

کاهش حملات لایه ۲: DHCP Snooping و Dynamic ARP Inspection

مکانیزم‌های یادگیری-MAC و ARP که شبکه‌های اترنت را به کار می‌اندازند اساساً اعتمادی نیز هستند، و روزنه‌هایی برای حملاتی که ترافیک را بدون هرگز لمس یک فایروال هدایت‌مجدد یا رهگیری می‌کنند ایجاد می‌کنند. این مقاله توضیح می‌دهد یک سرور DHCP سرکش یا حمله ARP spoofing چگونه کار می‌کند، و DHCP Snooping و Dynamic ARP Inspection چگونه با هم کار می‌کنند تا این آسیب‌پذیری‌های لایه ۲ را ببندند را پوشش می‌دهد.

Continue

اصول امنیت شبکه: سخت‌سازی دستگاه و امنیت پورت

پیش از لایه‌گذاری ویژگی‌های امنیتی پیشرفته، هر دستگاه شبکه به سخت‌سازی پایه برای جلوگیری از دسترسی غیرمجاز و محافظت در برابر حملات رایج لایه ۲ نیاز دارد. این مقاله ایمن‌سازی دسترسی مدیریتی دستگاه با احراز هویت قوی، رمزگذاری رمزهای عبور ذخیره‌شده، و پیکربندی امنیت پورت برای محدودکردن اینکه کدام دستگاه‌ها می‌توانند به یک پورت سوئیچ متصل شوند را پوشش می‌دهد.

Continue

اصول IPv6: آدرس‌دهی برای نسل بعدی اینترنت

فضای آدرس محدود IPv4 یک پروتکل جانشین را اجتناب‌ناپذیر کرد، و IPv6 فضای آدرسی به‌قدری عظیم فراهم می‌کند که اتمام آدرس دیگر یک نگرانی عملی نیست. این مقاله ساختار یک آدرس IPv6، قوانین نمادگذاری کوتاه‌شده مورد استفاده برای نوشتن فشرده آن، انواع مختلف آدرس IPv6، و دستورات ضروری برای پیکربندی و تأیید IPv6 روی یک دستگاه سیسکو را توضیح می‌دهد.

Continue

اصول OSPF: توضیح مسیریابی Link-State

OSPF گسترده‌ترین پروتکل مسیریابی داخلی مستقر در شبکه‌های سازمانی است، که از رویکردی اساساً متفاوت از صرفاً تبادل جداول مسیریابی بین همسایه‌ها استفاده می‌کند. این مقاله توضیح می‌دهد یک پروتکل link-state واقعاً چیست، روترهای OSPF چگونه همسایه می‌شوند و یک پایگاه‌داده توپولوژی مشترک می‌سازند، معیار هزینه چگونه بهترین مسیر را تعیین می‌کند، و دستورات ضروری برای پیکربندی و تأیید OSPF تک‌ناحیه‌ای را توضیح می‌دهد.

Continue