네트워크에서 루프(loop)가 발생하면 데이터가 무한히 전송되면서 네트워크 성능 저하 및 장애가 발생할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 Spanning Tree Protocol(STP)이 사용됩니다. STP는 스위치 기반 네트워크에서 루프를 방지하고 최적의 경로를 유지하는 프로토콜입니다.
1. Spanning Tree 프로토콜(STP)란?
Spanning Tree Protocol(STP)은 네트워크 루프를 방지하기 위해 브리지(스위치) 환경에서 작동하는 프로토콜입니다.
- 네트워크 루프(loop): 다중 경로가 존재할 때 패킷이 무한히 순환하는 현상으로, 브로드캐스트 폭풍(broadcast storm)이 발생하여 네트워크 성능 저하
- STP 역할: 네트워크 루프를 제거하고, 하나의 트리(tree) 구조를 형성하여 안정적인 데이터 흐름 유지
STP의 표준화
- IEEE 802.1D에 정의됨
- 스위치 간 연결된 네트워크에서 루프를 감지하고 특정 링크를 차단하여 루프 방지
2. Spanning Tree 프로토콜(STP)의 역할과 기능
2.1 STP의 주요 역할
- 네트워크 루프 방지: 중복된 경로가 존재할 때 하나의 경로만 활성화하고 나머지는 차단
- 자동 복구(Self-healing): 네트워크 장애가 발생하면 차단된 경로를 활성화하여 연결 유지
- 네트워크 안정성 제공: 불필요한 트래픽을 줄이고 패킷 손실 방지
2.2 STP의 동작 과정
- 루트 브리지(Root Bridge) 선정: 네트워크에서 가장 낮은 Bridge ID 값을 가진 스위치가 루트 브리지로 선정됨
- 포트 역할 결정: BPDU(Bridge Protocol Data Unit) 패킷을 교환하여 포트 역할을 결정
2.3 STP 포트 상태
| 포트 상태 | 설명 |
|---|---|
| Blocking | 네트워크 루프 방지를 위해 트래픽을 차단 |
| Listening | BPDU를 수신하여 네트워크 토폴로지를 학습 |
| Learning | MAC 주소를 학습하며, 데이터 프레임 전달 불가 |
| Forwarding | 정상적으로 트래픽을 전달하는 활성화 상태 |
| Disabled | 포트가 비활성화된 상태 |
3. Spanning Tree 프로토콜(STP) 구성 및 사용법
3.1 STP 활성화 및 설정 방법
대부분의 Cisco 스위치에서는 기본적으로 STP가 활성화되어 있으며, 필요에 따라 수동 설정이 가능합니다.
Switch(config)# spanning-tree mode pvst
루트 브리지 수동 설정:
Switch(config)# spanning-tree vlan 1 priority 0
3.2 STP의 확장 버전
| STP 버전 | 설명 |
|---|---|
| STP (802.1D) | 기본 Spanning Tree 프로토콜 |
| RSTP (802.1w) | STP보다 빠른 복구 속도를 제공하는 Rapid STP |
| MSTP (802.1s) | VLAN별 트리 구성을 지원하는 Multiple STP |
| PVST+ | VLAN별 STP를 적용하는 Cisco 독자 기술 |
RSTP 활성화:
Switch(config)# spanning-tree mode rapid-pvst
3.3 STP 상태 확인 및 문제 해결
네트워크에서 STP 상태를 확인하려면 다음 명령어를 사용합니다.
Switch# show spanning-tree
출력 예시:
VLAN0001
Spanning tree enabled protocol ieee
Root ID Priority 0
Address 00e0.f9a2.1c00
STP 문제 해결 방법:
- 루트 브리지가 변경되었는지 확인:
show spanning-tree명령어 사용 - 차단된 포트 확인:
show spanning-tree interface [interface-id] - 포트 비용 조정하여 경로 변경 가능
4. STP의 장점과 한계점
4.1 STP의 장점
- ✅ 네트워크 루프 방지
- ✅ 장애 발생 시 자동 복구(Self-healing)
- ✅ 브로드캐스트 트래픽 감소
4.2 STP의 한계점
- ❌ 기본 STP는 포트 전환 속도가 느림 (최대 50초)
- ❌ 복잡한 네트워크에서는 최적의 경로 선택이 어려움
- ❌ VLAN별 트리를 구성하려면 확장된 프로토콜(PVST, MSTP) 필요
결론
Spanning Tree Protocol(STP)은 네트워크 루프를 방지하고 안정적인 데이터 전송을 가능하게 하는 필수적인 기술입니다. STP의 포트 역할과 상태 변화를 이해하면 네트워크 루프 문제를 효과적으로 해결할 수 있습니다. 또한 RSTP, MSTP 같은 확장된 프로토콜을 활용하면 더 빠른 복구와 효율적인 네트워크 운영이 가능합니다.