2.5.1 – Spanning Tree – Introduction

Le protocole Spanning Tree (STP) est un protocole réseau conçu pour construire une hiérarchie sans boucle dans des réseaux avec des topologies en maillage, typiques des environnements Ethernet LAN. L’image fournie illustre parfaitement le rôle du STP. À gauche, nous voyons un réseau “Sans Spanning Tree”, où chaque commutateur (switch) est relié à tous les autres, créant de multiples chemins qui peuvent conduire à des boucles de données. Ces boucles sont problématiques car elles peuvent engendrer des tempêtes de broadcast, où les mêmes données circulent indéfiniment sur le réseau, créant du trafic inutile et potentiellement saturant le réseau.

À droite, l’image montre le réseau “Avec Spanning Tree”, où le protocole STP a été appliqué. STP identifie et désactive les chemins redondants (représentés en gris) et maintient un arbre recouvrant (spanning tree) actif pour le réseau, avec des chemins sélectionnés (en vert) pour éviter les boucles. En cas de changement dans la topologie réseau, comme la défaillance d’un commutateur, STP recalculera et activera un autre chemin pour maintenir la connectivité réseau. Ainsi, STP assure à la fois la redondance et la stabilité du réseau en éliminant les boucles de données tout en conservant la redondance nécessaire pour la tolérance aux pannes.

DANS UN mONDE SANS SPANNING-TREE

Étape 1: Début de la diffusion : Dans la première image, un ordinateur (représenté par l’icône d’un ordinateur portable) envoie un paquet de diffusion dans le réseau. Les commutateurs (switches) reçoivent ce paquet et, comme il s’agit d’une diffusion (broadcast), ils doivent le retransmettre sur tous les ports, sauf celui par lequel il est arrivé.

Étape 2: Première retransmission : Dans la deuxième image, nous voyons que le paquet est retransmis à travers le réseau. Chaque commutateur retransmet le paquet à tous les autres commutateurs directement connectés. Jusqu’ici, le processus est normal pour un paquet de diffusion.

Étape 3: Formation de la boucle : La troisième image montre la poursuite de la retransmission. Cependant, puisque le réseau contient des boucles physiques et qu’il n’y a pas de STP pour bloquer les ports redondants, les paquets continuent à circuler dans la boucle.

Étape 4: Tempête de diffusion : La quatrième image montre le résultat final de la boucle non contrôlée: une tempête de diffusion. Les paquets sont constamment retransmis, créant un nombre massif de paquets inutiles qui saturent le réseau. Cela peut entraîner des collisions, de la congestion, et éventuellement un échec complet du réseau, car les commutateurs sont submergés et ne peuvent plus gérer le trafic légitime.

Conséquences sans STP

En l’absence de Spanning-Tree, trois principaux problèmes surgissent :

1. Tempête de Broadcast : Les messages broadcast se propagent excessivement dans le réseau, monopolisant ainsi une grande partie de la bande passante disponible.
2. Instabilité des tables d’adresses MAC : Lorsqu’un appareil ne connaît pas l’adresse MAC de la destination, il diffuse un message broadcast. Les commutateurs qui reçoivent ce message vont associer l’adresse MAC de l’émetteur au port de réception et enregistrer cette information dans leur table d’adresses MAC. Cependant, si un message avec la même adresse MAC arrive sur un port différent peu après, le commutateur met à jour sa table, créant une instabilité car l’emplacement réel de l’hôte reste incertain.
3. Diffusion en masse : Les messages broadcast, comme mentionné, se répercutent inutilement et sans fin entre les équipements actifs du réseau.

Heureusement, le protocole Spanning-Tree est activé par défaut sur les commutateurs CISCO, ce qui permet d’éviter ces problèmes en empêchant les boucles de données et en assurant une distribution efficace du trafic.

HISTORIQUE DU SPANNING-TREE