STPの動作とルートブリッジ選出

STPは「選挙」から始まる

前回、STPは冗長リンクの一部を論理的にブロックしてループを防ぐ仕組みだと学びました。では、どのポートをブロックするかは、どうやって決まるのでしょうか。答えは、まずルートブリッジという「基準点」となるスイッチを1台選挙で決め、そこからの距離をもとに各ポートの役割を決める、という流れです。

BPDUという「選挙運動のはがき」

スイッチ同士はBPDU（Bridge Protocol Data Unit）という特殊なフレームを定期的にやり取りし、お互いの情報を交換します。BPDUには「私のブリッジIDはこれです」「ルートブリッジまでのコストはこれです」といった情報が含まれています。選挙のはがきを配って、お互いの立候補情報を確認し合うようなイメージです。

ステップ1：ルートブリッジの選出

STPネットワーク全体で、基準点となるルートブリッジを1台だけ選びます。この選出基準がブリッジIDです。ブリッジIDは次の2つの要素からなります。

• ブリッジプライオリティ（優先度、デフォルト32768、設定で変更可能）
• MACアドレス

判定は「ブリッジIDが最も小さいスイッチがルートブリッジになる」というシンプルなルールです。まずプライオリティの数値が小さい方が勝ち、プライオリティが同じ場合はMACアドレスが小さい方が勝ちます。選挙で「若い番号の候補者が有利」というようなイメージで覚えるとよいでしょう。

ステップ2：ポート役割の決定

ルートブリッジが決まったら、他のすべてのスイッチ（非ルートブリッジ）は、自分のポートに次の役割を割り当てていきます。

• ルートポート：ルートブリッジに最も近い（コストが最小の）ポート。各非ルートブリッジに必ず1つだけ存在し、常に転送状態
• 指定ポート：各セグメント（リンク）ごとに、ルートブリッジへのコストが最小のポート。転送状態
• 非指定ポート（ブロッキングポート）：ルートポートにも指定ポートにもならなかったポート。ブロッキング状態で、フレームを転送しない

ここで使われるコストは、リンクの帯域幅から決まる値で、帯域幅が大きい（速い）ほどコストは小さくなります。つまりSTPは「一番近い道」「一番速い道」を優先的に使う道として選び、余った道をブロックする、という発想です。

なお、ルートブリッジ自身のポートはすべて指定ポートになります。基準点であるルートブリッジには「ルートポート」という概念自体がないためです。

ポートの状態遷移

STPのポートは、いきなり転送状態になるわけではなく、次のような状態を経て遷移します（初期のSTPの場合）。

1. ブロッキング：フレームを転送しない、BPDUだけ受信
2. リスニング：BPDUの送受信を行いネットワーク構造を把握する
3. ラーニング：MACアドレステーブルの学習を開始する
4. フォワーディング：フレームの転送を開始する

この移行には時間がかかり、伝統的なSTPでは最大50秒程度を要することもあります。この「切り替わりの遅さ」が後述するPortFastなどの改良機能につながっていきます。

試験でのポイント

CCNA試験では、ブリッジID（プライオリティ+MAC、デフォルトプライオリティ32768）とルートブリッジ選出の判定順序、そしてルートポート・指定ポート・非指定ポート（ブロッキング）の3つのポート役割の違いが頻出です。「最小のブリッジIDを持つスイッチがルートブリッジになる」「非ルートブリッジには必ずルートポートが1つ存在する」という2点を軸に、図を見て役割を判定する問題に備えましょう。コストは帯域幅が大きいほど小さくなる、という向きを逆に覚えないよう注意してください。