Menurut CISCO system Inc. (2009, CCNA Exploration 3), dalam sebuah desain jaringan Local Area Network (LAN) yang terdiri dari beberapa switch yang saling berhubungan diperlukan adanya redundansi link untuk menjaga ketersediaan (availability) dari jaringan tersebut.
Akan tetapi, redundansi ini sering menyebabkan terjadinya layer 2 loop.
Layer 2 loop adalah pengiriman paket broadcast secara berulang-ulang antara perangkat layer 2 yang menyebabkan tingginya konsumsi sumber daya CPU pada perangkat yang bersangkutan.
Salah satu cara untuk menjaga ketersediaan dan menghindari layer 2 loop adalah dengan menggunakan Spanning Tree Protocol (STP). STP memastikan hanya ada satu jalur logikal ke semua tujuan dalam jaringan dengan memblokir jalur redundant. STP dapat menyediakan jalur alternatif dalam waktu satu menit jika terdapat jalur yang tidak berfungsi dalam satu broadcast domain. STP merupakan protocol pada layer 2 OSI karena penerapannya dilakukan pada switch dan bridge. STP menggunakan Spanning Tree Algorithm (STA) untuk menentukan switch port mana yang akan diblok untuk mencegah terjadinya loop.
2.2.4.1 Root Bridge
Menurut CISCO system Inc. (2009, CCNA Exploration 3), STA menentukan sebuah switch untuk dijadikan root bridge
yang akan berperan sebagai referensi untuk penghitungan semua cost jalur dan penentu jalur redundan yang akan diblok. Switch yang terpilih menjadi root bridge adalah switch dengan Bridge ID (BID) yang paling kecil dalam satu broadcast domain. BID field berukuran 8 byte dan terdiri dari:
a. Bridge Priority (4 bit)
Bridge priority memiliki nilai yang dapat diubah untuk memanipulasi switch yang akan menjadi root bridge. Switch dengan bridge priority paling kecil akan menjadi root bridge.
b. Extended System ID (12 bit)
Extended system ID berisi VLAN ID. Jika BID field dari sebuah switch tidak memiliki extended system ID, maka ukuran field dari bridge priority adalah 16 bit (2 byte).
c. MAC Address (48 bit)
Jika priority number antara kedua switch tersebut sama, maka yang akan dibandingkan selanjutnya adalah MAC address.
Switch dengan MAC address yang paling kecil akan menjadi root bridge.
2.2.4.2 Bridge Protocol Data Unit Frame (BPDU Frame)
BPDU frame adalah jenis frame yang digunakan dalam STP untuk pertukaran informasi yang diperlukan. BPDU frame terbagi menjadi 12 field dan masing-masing berisi informasi.
Empat field pertama berisi protocol ID, version, message type, dan flags. Empat field berikutnya berisi root ID, cost of path, bridge ID, dan port ID yang digunakan untuk mengidentifikasi root bridge dan menghitung cost menuju root bridge. Empat field terakhir berisi message age, max age, hello time, forward delay yang merupakan penentu seberapa sering BPDU dikirimkan dan berapa lama BPDU tersebut sampai ke tujuan.
BPDU frame dikirimkan secara multicast agar tidak menggangu aktivitas switch/bridge lain yang tidak termasuk
dalam spanning tree tetapi masih berada dalam satu jaringan.
Proses BPDU dilakukan sebagai berikut:
• Semua switch dalam broadcast domain menganggap dirinya sebagai root bridge.
Hal ini membuat root ID sama dengan bridge ID pada satu switch tetapi berbeda dengan switch lainnya.
• Switch mengirimkan BPDU
Setiap switch yang berpartisipasi dalam STP mengirimkan BPDU frame kepada switch yang berdekatan secara bergantian.
• Switch mengecek BPDU
Setelah switch menerima BPDU, switch akan melakukan pembandingan terhadap root ID dari BPDU yang diterima.
Jika root ID dari BPDU yang diterima lebih kecil, maka switch akan meng-update informasi BPDU yang dimilikinya dengan root ID yang baru.
2.2.4.3 STP Port Roles
Menurut CISCO system Inc. (2009, CCNA Exploration 3), ada tiga jenis port role yang dikenal dalam STP, di antaranya:
Gambar 2.15 Port Roles Dalam STP
a. Root Port
Root bridge tidak memiliki root port. Setiap switch hanya memiliki satu root port. Root port merupakan port pada switch dengan cost yang paling kecil untuk mencapai root bridge. Root port meneruskan traffic menuju root bridge.
b. Designated Port
Designated port terdapat pada semua port root bridge dan bisa berada pada non-root bridge. Designated port menerima dan meneruskan frame menuju root bridge bila diperlukan.
Hanya ada satu designated port yang diperbolehkan untuk setiap segmen.
c. Non-designated Port
designated port adalah port yang diblok. Non-designated port tidak meneruskan frame dan sewaktu-waktu dapat diaktifkan kembali bila terdapat link atau port yang tidak berfungsi.
2.2.4.4 Port State
Menurut IEEE 802.1 D, dalam STP dikenal lima macam state.
1. Disable
Port dengan disabled state adalah port yang tidak berpartisipasi dalam spanning tree dan tidak meneruskan frame.
2. Blocking
Semua port dalam STP pada awalnya memiliki blocking state. Dalam state ini, port hanya mengirim, menerima, dan memproses BPDU frame.
3. Listening
Port yang diperbolehkan untuk meneruskan frame memberitahukan kepada switch yang berdekatan bahwa dirinya sedang melakukan persiapan.
4. Learning
Switch yang berpartisipasi dalam pengiriman frame mulai melakukan pembelajaran MAC address.
5. Forwarding
Setelah proses learning, port sudah berpartisipasi dalam pengiriman dan penerimaan frame dalam jaringan baik frame data maupun BPDU frame.
2.2.4.5 Penghitungan Cost Menuju Root Bridge Pada STP
Ketika root bridge sudah terpilih, STA akan melakukan kalkulasi cost dari semua tujuan dalam satu broadcast domain menuju root bridge untuk menentukan jalur terbaik berdasarkan cost terendah. Cost dari tujuan menuju root bridge diperoleh dengan menjumlahkan cost secara individual dari setiap port.
Cost dari setiap port dipengaruhi oleh kecepatan dari masing-masing port.
Tabel 2.1 Port Cost Secara Default
Link Speed Cost
10 Gb/s 2
1 Gb/s 4
100 Mb/s 19
10 Mb/s 100
Semakin tinggi kecepatan suatu port maka cost yang dimilikinya akan semakin kecil. Jalur yang akan dipilih adalah jalur dengan total cost yang paling kecil. Meskipun cost dari setiap port pada switch sudah ditentukan, namun cost ini bisa dimodifikasi oleh administrator untuk mengatur jalur-jalur dalam spanning tree.
2.2.4.6 Konvergensi STP
Menurut CISCO system Inc. (2009, CCNA Exploration 3), ada beberapa tahapan yang harus dilalui untuk mencapai
konvergensi dalam jaringan yang menerapkan STP. Tahapan-tahapan tersebut antara lain:
1. Menentukan sebuah root bridge.
Pemilihan root bridge dilakukan setelah switch menyelesaikan proses booting atau ketika kegagalan jalur terdeteksi dalam jaringan. Pada awalnya semua port dari switch berada dalam kondisi blocking selama 20 detik untuk mencegah terjadinya loop sebelum STP selesai melakukan kalkulasi jalur terbaik dan mengkonfigurasi semua switch port sesuai role masing-masing. Meskipun dalam kondisi blocking, switch tetap dapat menerima dan mengirim BPDU frame sehingga proses pemilihan root bridge tetap dapat dilakukan. Pemilihan root bridge berlangsung selama 14 detik. Setelah root bridge terpilih, switch tetap meneruskan BPDU frame untuk advertising root ID setiap 2 detik. Setiap switch dikonfigurasi dengan sebuah max age timer yang menentukan berapa lama waktu sebuah switch mempertahankan konfigurasi BPDU yang sudah ada jika tidak menerima update BPDU dari neighbor switch. Secara default, max age timer adalah 20 detik. Oleh karena itu, jika sebuah switch gagal menerima 10 BPDU frame berturut-turut dari salah satu neighbor-nya, maka switch akan mengasumsikan telah terjadi kegagalan jalur logikal dalam spanning tree dan informasi BPDU tidak lagi benar sehingga proses pemilihan root bridge akan dilakukan kembali.
2. Menentukan root port
Setelah root bridge terpilih, proses berikutnya yang akan dilakukan adalah menentukan port mana yang merupakan root port. Setiap switch dalam spanning tree (kecuali root bridge) memiliki satu buah root port. Dalam menentukan root port, jika terdapat dua port dari sebuah switch yang masing-masing memiliki jalur dengan cost yang sama, maka BID yang akan dibandingkan. Port dengan BID paling kecil yang akan menjadi root port.
3. Menentukan designated dan non-designated port
Setelah root port ditentukan, maka tahapan terakhir adalah menentukan designated dan non-desginated-port untuk memastikan spanning tree terbebas dari logical loop.