STP(Spanning Tree Protocol)의 원리와 구성 방법 완벽 이해

네트워크에서 스위치 간 이중 연결(링크 이중화)을 구성하면 트래픽 분산 및 가용성 확보 측면에서 매우 유리합니다. 그러나 이러한 구조는 브로드캐스트 스톰(Broadcast Storm)이나 MAC 주소 테이블 불안정 등의 문제를 일으킬 수 있습니다. 이를 해결하기 위한 대표적인 프로토콜이 바로 STP(Spanning Tree Protocol)입니다.

이번 포스팅에서는 STP의 기본 개념부터 동작 원리, 주요 포트 역할, 구성 방법, 그리고 확장 프로토콜까지 상세하게 설명드립니다.

📌 STP란?

STP는 IEEE 802.1D 표준으로 정의된 스위치 간 루프 방지 프로토콜입니다. 스위치 네트워크에서 이중 연결이 있을 경우 논리적인 트리 구조를 구성하여, 루프 없이 단일 경로로만 데이터가 흐르도록 제어합니다.

🔁 왜 루프가 문제가 될까?

• 브로드캐스트 트래픽이 무한 반복 → 네트워크 정지
• MAC 주소 테이블이 계속 변경 → 경로 불안정
• CPU 및 메모리 자원 과다 소모

따라서 L2 스위치 환경에서는 반드시 STP 또는 그 변형 프로토콜을 적용하여 루프를 방지해야 합니다.

🧠 STP 동작 원리

1. 루트 브리지(Root Bridge) 선출

모든 스위치 중에서 가장 우선순위가 높은 하나를 루트 브리지로 선정합니다. 기본 기준은 Bridge ID(우선순위 + MAC 주소)이며, 우선순위가 낮을수록 우선됩니다.

2. 각 스위치에서 루트까지의 최단 경로 계산

각 스위치는 루트 브리지까지의 최소 비용 경로를 계산합니다. 이 경로를 통해 프레임이 전달되며, 다른 경로는 블로킹(차단) 상태로 유지됩니다.

3. 포트 역할 할당

• Root Port: 루트 브리지로 향하는 가장 빠른 경로
• Designated Port: 세그먼트에서 루트로 향하는 최적 포트
• Blocked Port: 루프 방지를 위해 차단된 포트

4. BPDU 교환

스위치 간에는 BPDU(Bridge Protocol Data Unit)라는 제어 프레임을 교환하며 네트워크 토폴로지의 변경 여부를 실시간으로 감지하고, 필요 시 포트를 재조정합니다.

🔧 STP 구성 예시

• 스위치 A, B, C 구성
• A가 루트 브리지로 선출됨
• B, C는 A로 향하는 Root Port 지정
• B-C 간 연결 중 하나는 Blocked Port로 설정

이 구성은 실제 물리적으로 루프 구조를 가지지만, STP는 논리적으로 트리 구조를 구성하여 단일 경로만 활성화하고 나머지는 대기 상태로 유지합니다.

⏱ STP 포트 상태 변화 과정

• Blocking: 초기 상태, 루프 방지를 위해 대기
• Listening: BPDU 수신, MAC 학습 안 함
• Learning: MAC 주소 학습 시작
• Forwarding: 데이터 전송 가능 상태

전체 전이에는 기본적으로 30초 이상 소요되며, 이 때문에 실시간성이 필요한 환경에서는 빠른 전환이 가능한 Rapid STP 사용이 권장됩니다.

⚙ STP 확장 프로토콜

1. RSTP (Rapid STP, IEEE 802.1w)

기존 STP보다 빠른 포트 상태 전환을 지원합니다. 일반적으로 포트 복구 시간이 수 초 내외로 단축되어, 실시간성이 중요한 환경에서 널리 사용됩니다.

2. MSTP (Multiple Spanning Tree Protocol, IEEE 802.1s)

여러 개의 VLAN에 대해 각각의 STP 인스턴스를 별도로 구성할 수 있어 VLAN 기반 네트워크에서 트래픽 부하분산에 유리합니다.

💡 실무 구성 시 팁

• 루트 브리지는 반드시 수동으로 지정 (우선순위 설정)
• 경로 비용(Path Cost)을 이용해 원하는 경로로 조정
• PortFast 기능은 엣지 포트에만 적용 (서버, PC 등)
• BPDU Guard 활성화로 비인가 장비 차단

✅ 결론

STP는 네트워크 스위칭 환경에서 루프를 방지하기 위한 필수 프로토콜입니다. 단순해 보이지만 실제 환경에서는 루트 브리지 지정, 포트 역할 최적화, 확장 프로토콜 연계 등 복잡한 요소가 존재하므로 철저한 이해와 설정이 필요합니다.

특히 고가용성을 요구하는 백본 스위치 이중화, VLAN 다중 구성 환경에서는 RSTP 또는 MSTP 같은 고급 프로토콜을 활용하여 신속한 복구와 부하 분산을 실현할 수 있습니다.

다음 포스팅에서는 “STP 구성 시 발생할 수 있는 문제와 해결 방법”에 대해 심화 분석해보겠습니다.

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