스패닝 트리(Spanning Tree)란?

1. 스패닝 트리 프로토콜(STP)란?

STP(Spanning Tree Protocol)는 네트워크에서 루프를 방지하고, 안정적인 데이터 전송을 보장하는 프로토콜입니다.
브리지나 스위치가 여러 개 연결된 네트워크 환경에서는 루프(Loop)가 발생할 가능성이 있으며, 이는 네트워크 성능 저하 및 장애를 유발할 수 있습니다.
STP는 이러한 루프를 감지하고 차단하여 네트워크를 최적화하고, 데이터가 정상적으로 전달되도록 하는 역할을 합니다.

STP는 IEEE 802.1D 표준으로 정의되었으며, 현재 다양한 개선 버전(STP, RSTP, MSTP 등)이 존재하여 네트워크의 신뢰성과 복구 속도를 향상시키고 있습니다.

2. STP의 작동 원리

STP는 네트워크 내에서 루프가 없는 트리 구조를 생성하는 알고리즘을 사용합니다.
이를 위해 네트워크의 스위치들은 협력하여 루트 브리지(Root Bridge)를 선정하고, 최적의 경로를 설정하며, 불필요한 경로는 차단합니다.

   1) STP의 동작 단계

단계	설명
루트 브리지 선정	네트워크 내 모든 스위치 중에서 가장 낮은 브리지 ID를 가진 스위치가 루트 브리지로 설정됩니다.
최적 경로 결정	각 스위치는 루트 브리지로 연결되는 최적의 경로를 계산하여 설정합니다.
포트 역할 지정	각 포트의 역할(루트 포트, 지정 포트, 차단 포트 등)을 설정하여 루프를 방지합니다.
비활성 포트 설정	루프가 발생할 가능성이 있는 경로의 포트를 차단하여 네트워크 안정성을 유지합니다.

   2) 루트 브리지 선정 방식

   루트 브리지는 스위치의 브리지 ID(Bridge ID)가 가장 낮은 장비가 자동으로 선정됩니다.
   브리지 ID는 우선순위 값(Bridge Priority) + MAC 주소로 구성됩니다.
   만약 우선순위 값이 동일하다면 MAC 주소 값이 작은 장비가 루트 브리지로 선정됩니다.

3. STP의 주요 포트 역할

STP에서는 네트워크 루프를 방지하기 위해 각 포트에 특정한 역할을 부여합니다.

포트	역할설명
루트 포트 (Root Port)	루트 브리지와 최단 경로로 연결된 포트로, 반드시 하나의 스위치당 하나만 존재합니다.
지정 포트 (Designated Port)	특정 네트워크 세그먼트에서 데이터를 전달할 수 있도록 허용된 포트로, 한 세그먼트당 하나만 존재합니다.
차단 포트 (Blocked Port)	루프 방지를 위해 데이터 전송이 차단된 포트입니다.
대기 포트 (Alternate Port)	네트워크 장애가 발생할 경우, 차단 포트에서 즉시 활성화될 수 있도록 준비된 포트입니다.

4. STP의 장점과 단점

장점	단점
네트워크 루프 방지	네트워크 복구 시간이 길어질 수 있음
최적의 데이터 경로 설정	STP 계산 과정으로 인해 네트워크 초기 설정 시간이 필요함
자동 복구 기능 제공	일부 경우에 네트워크 속도가 저하될 수 있음
대규모 네트워크 환경에서도 안정적인 동작 가능	새로운 장비 추가 시 STP 재계산으로 인해 순간적인 트래픽 지연 발생 가능

5. STP의 개선된 프로토콜

기존 STP는 느린 복구 속도와 네트워크 확장성 문제가 존재했기 때문에 다양한 개선 버전이 등장하였습니다.

프로토콜	설명
RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol)	STP보다 빠른 복구 속도를 제공하는 IEEE 802.1w 표준
MSTP (Multiple Spanning Tree Protocol)	VLAN별로 여러 개의 스패닝 트리를 설정할 수 있는 IEEE 802.1s 표준
PVST+ (Per-VLAN Spanning Tree Plus)	Cisco에서 개발한 프로토콜로, VLAN별로 독립적인 STP를 실행 가능

6. STP의 활용 사례

활용	사례설명
기업 네트워크	사무실에서 여러 개의 스위치가 연결될 때, 네트워크 루프를 방지하고 안정적인 데이터 흐름을 유지하는 데 사용됩니다.
데이터 센터	서버 간 연결이 복잡한 대규모 환경에서 최적의 데이터 경로를 설정하여 네트워크 성능을 향상시킵니다.
ISP 네트워크	인터넷 서비스 제공업체(ISP)에서 백본 네트워크의 안정성을 보장하고, 장애 발생 시 자동 복구 기능을 제공합니다.
산업용 네트워크	공장 자동화 시스템에서 여러 스위치가 연결된 환경에서 신뢰성 높은 네트워크 운영을 지원합니다.

7. STP 구성 시 고려해야 할 요소

 

1. 네트워크 토폴로지 설계

• 루트 브리지를 신중하게 선정하고, 스패닝 트리 알고리즘이 원활하게 동작하도록 구성해야 합니다.

2. 포트 역할 최적화

• 루트 포트, 지정 포트, 차단 포트를 적절히 설정하여 트래픽이 원활하게 흐를 수 있도록 구성해야 합니다.

3. 빠른 장애 복구를 위한 RSTP 도입 고려

• 네트워크 복구 시간이 중요한 환경에서는 **RSTP(Rapid Spanning Tree Protocol)**을 적용하면 빠른 장애 복구가 가능합니다.

4. VLAN 환경에서 MSTP 적용 고려

• VLAN을 사용하는 네트워크에서는 **MSTP(Multiple Spanning Tree Protocol)**을 사용하여 각 VLAN마다 별도의 트리를 구성하는 것이 효과적입니다.

8. 정리

1. STP는 브리지와 스위치 간의 네트워크 루프를 방지하여 안정적인 데이터 전송을 보장하는 프로토콜이며, IEEE 802.1D 표준으로 정의되어 있다.
2. 루트 브리지를 선정한 후, 각 포트의 역할(루트 포트, 지정 포트, 차단 포트 등)을 설정하여 불필요한 네트워크 루프를 방지하고 최적의 데이터 경로를 유지한다.
3. STP는 기업 네트워크, 데이터 센터, ISP 네트워크에서 광범위하게 사용되며, 복구 속도를 향상시키기 위해 RSTP, MSTP, PVST+와 같은 개선된 프로토콜이 도입되고 있다.