はじめに

CCNAを受験するにあたって、実際にコマンドを打って構築をすることが大切らしい。
Cisco Packet Tracerを使用して構築の練習とその流れ、結果を示して、気づいたことなどをまとめていこうと思う。

目標

switchの冗長構成を組んでSTPの動作と状態を確認
トポロジを手動で変える
PortFastとBPDUガード、ルートガードを使ってみる
RSTPを設定し動作を確認

実践

1. 冗長構成を組んでSTPの動作と状態を確認

catalyst3台の最小限構成を組む

コンバージェンスするとSwitch1のFa 0/24がブロックされていることがわかる。

MACアドレス

それぞれのswitchのブリッジIDを調べる。

Switch0

Switch0#show spanning-tree vlan 1
VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol ieee
  Root ID    Priority    32769
             Address     0002.17EE.735D
             This bridge is the root
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    32769  (priority 32768 sys-id-ext 1)
             Address     0002.17EE.735D
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time  20

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/1            Desg FWD 19        128.1    P2p
Fa0/24           Desg FWD 19        128.24   P2p
Fa0/23           Desg FWD 19        128.23   P2p

Switch1

Switch1#show spanning-tree vlan 1
VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol ieee
  Root ID    Priority    32769
             Address     0002.17EE.735D
             Cost        19
             Port        23(FastEthernet0/23)
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    32769  (priority 32768 sys-id-ext 1)
             Address     00E0.B06B.C4AD
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time  20

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/1            Desg FWD 19        128.1    P2p
Fa0/24           Altn BLK 19        128.24   P2p
Fa0/23           Root FWD 19        128.23   P2p

Switch2

Switch2#show spanning-tree vlan 1
VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol ieee
  Root ID    Priority    32769
             Address     0002.17EE.735D
             Cost        19
             Port        24(FastEthernet0/24)
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    32769  (priority 32768 sys-id-ext 1)
             Address     0002.4ACE.2485
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time  20

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/23           Desg FWD 19        128.23   P2p
Fa0/24           Root FWD 19        128.24   P2p

MACアドレスはSwitch0 < Switch2 < Switch1の順の大きさになっている。
ブリッジプライオリティはデフォルトなので、Switch0がルートブリッジになり、非指定ポートはSwitch1のFa0/24になる。

2.トポロジを変えてみる

現在の状態で、PC同士の通信には最適な経路が使われているが、変えてみる。

ルートブリッジを変える

ルートブリッジをSwitch0からSwitch2に変えてみる。
Switch2のブリッジプライオリティを変更する。
PVST＋が動作しているので4096の倍数を指定する。

Switch2

Switch2(config)#spanning-tree vlan 1 priority 4096
Switch2(config)#do show spanning-tree vlan 1
VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol ieee
  Root ID    Priority    4097
             Address     0002.4ACE.2485
             This bridge is the root  //ルートブリッジになった
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    4097  (priority 4096 sys-id-ext 1) //4096+vlan1
             Address     0002.4ACE.2485
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time  20

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/23           Desg FWD 19        128.23   P2p
Fa0/24           Desg FWD 19        128.24   P2p

トポロジも変化した。

パスコストを変える

現在のSTPの状態はSqitch2がルートブリッジで、Switch1のFa0/23がブロックされている。

Fa0/24のパスコストを38より大きくしてトポロジを変更する。

Switch1

Switch1(config)#interface fa 0/24
Switch1(config-if)#spanning-tree vlan 1 cost 40
Switch1(config-if)#end
Switch1#
Switch1#show spanning-tree 
VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol ieee
  Root ID    Priority    4097
             Address     0002.4ACE.2485
             Cost        38
             Port        23(FastEthernet0/23)
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    32769  (priority 32768 sys-id-ext 1)
             Address     00E0.B06B.C4AD
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time  20

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/23           Root LSN 19        128.23   P2p
Fa0/24           Altn BLK 40        128.24   P2p  //パスコストが変わっている
Fa0/1            Desg FWD 19        128.1    P2p

パスコストが変わり、トポロジも変化した。

3. PortFast,BPDUガード,ルートガード

PortFast

現在PCが接続されているSwitch0にPosrtFastを設定する。Switch1は比較のためそのままにする。

Switch0

Switch0(config)#interface fa 0/1
Switch0(config-if)#spanning-tree portfast 
%Warning: portfast should only be enabled on ports connected to a single
host. Connecting hubs, concentrators, switches, bridges, etc... to this
interface  when portfast is enabled, can cause temporary bridging loops.
Use with CAUTION

%Portfast has been configured on FastEthernet0/1 but will only
have effect when the interface is in a non-trunking mode.

PortFastを有効にしたSwitch0はすぐに通信が開始された。

BPDUガード

Switch0にBPDUガードを設定する。その後スイッチを接続してみる。(Fa0/2にもPortFastを設定している)

Switch0

Switch0(config)#interface range fa 0/1-2
Switch0(config-if-range)#spanning-tree bpduguard enable 

//Fa0/2にswitchを接続する
Switch0#
%LINK-5-CHANGED: Interface FastEthernet0/2, changed state to up

%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/2, changed state to up
%SPANTREE-2-BLOCK_BPDUGUARD: Received BPDU on port FastEthernet0/2 with BPDU Guard enabled. Disabling port.

%PM-4-ERR_DISABLE: bpduguard error detected on 0/2, putting 0/2 in err-disable state


%LINK-5-CHANGED: Interface FastEthernet0/2, changed state to administratively down

%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/2, changed state to down

Switch0#show interfaces fa 0/2
FastEthernet0/2 is down, line protocol is down (err-disabled)
  Hardware is Lance, address is 0090.0cd0.8902 (bia 0090.0cd0.8902)
 BW 100000 Kbit, DLY 1000 usec,
 ~略~

BPDUガードが働き、Fa0/2がErr-disabledになっている。

ルートガード

Switch0のFa0/3にルートガードを設定し、ブリッジIDの小さいswitchを接続してみる。

Switch0

Switch0(config)#interface fa 0/3
Switch0(config-if)#spanning-tree guard root 
Switch0(config-if)#end
//Fa 0/3にプライオリティ0のSwitch4を接続
Switch0#
%LINK-5-CHANGED: Interface FastEthernet0/3, changed state to up

%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/3, changed state to up
%SPANTREE-2-ROOTGUARDBLOCK: Port 0/3 tried to become non-designated in VLAN 1.
Switch0#show spanning-tree 
VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol ieee
  Root ID    Priority    4097
             Address     0002.4ACE.2485
             Cost        19
             Port        23(FastEthernet0/23)
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

  Bridge ID  Priority    32769  (priority 32768 sys-id-ext 1)
             Address     0002.17EE.735D
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec
             Aging Time  20

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/24           Desg FWD 19        128.24   P2p
Fa0/23           Root FWD 19        128.23   P2p
Fa0/3            Desg LSN 19        128.3    P2p //ポートがListenで止まっている
Fa0/1            Desg FWD 19        128.1    P2p

Fa0/3では通信がされていないことがわかる。

4.RSTP

現在のネットワークにはSTP(pvst)が動いているのでRSTP(rapid-pvst)を使用するように設定する。

Switch0

Switch0(config)#spanning-tree mode rapid-pvst 
Switch0(config)#end
Switch0#show spanning-tree 
VLAN0001
  Spanning tree enabled protocol rstp //動作モードが変わっている(ieee -> rstp)
  Root ID    Priority    4097
             Address     0002.4ACE.2485
             Cost        19
             Port        23(FastEthernet0/23)
             Hello Time  2 sec  Max Age 20 sec  Forward Delay 15 sec

気になったこと,覚えておきたいこと

switchのポートのMACアドレスとSTPのブリッジIDに使われるMACアドレスが違うのはなぜ？ -> STPに用いられるMACアドレスは、スーパーバイザモジュールに保存されているものを使用するらしい。それはポートのL2MACアドレスとは別物みたい。

スパニングツリーの計算に使用される MAC アドレスは、スーパーバイザモジュールに存在する
EEPROM に保存されます。設置されているラインモジュールの種類に関わりなく、スーパーバイザ
モジュールを交換しない限りは、VLAN 用のレイヤ 2 MAC アドレスは変更されません。スーパーバイザ
モジュールを交換した場合は、すべての VLAN のレイヤ 2 MAC アドレスは、新しいスーパーバイザ
モジュールのアドレスアロケータに指定されたアドレスに変更されます。固定構成の Catalyst
スイッチでは、VLAN の MAC アドレスは変更できません。

Cisco.「Catalyst スイッチの VLAN 上または L3 インターフェイス上での一意な MAC アドレス設定をサポートしているプラットフォーム」.2007-03-02, https://www.cisco.com/c/ja_jp/support/docs/switches/catalyst-6000-series-switches/41263-catmac-41263.html, (参照　2024-05-22)

ポートファストやルートガード、BPDUガードを設定、動作したときのshow spanning-treeコマンドの表示がテキストと違う。 -> IOSのバーションの問題？

例

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
Fa0/24           Desg FWD 19        128.24   P2p //テキストではここに
Fa0/23           Root FWD 19        128.23   P2p Edge //とか
Fa0/3            Desg LSN 19        128.3    P2p *ROOT_Inc //とか
Fa0/1            Desg FWD 19        128.1    P2p Peer(STP) //とか表示していた

参考文献

シスコ技術者認定教科書　CCNA 完全合格テキスト&問題集[試験対応]200-301(https://www.shoeisha.co.jp/book/detail/9784798165776)