線はつないだまま、口を 1 か所だけ止める

図 13 までは、機器と機器を 1 本の線で結んでいました。 ここから図 16 までは「壊れても止まらない」の塊で、まず線を 2 本以上にします。

図 4 ではスイッチ 2 台をトランク 1 本で結びました。 線を足して輪にすると、1 本切れても落ちない代わりに、止めないとその VLAN の通信がほぼ止まります。 図 2 のフラッディング（全員あてのフレームを、入ってきた口以外の全部にコピーして流す）が輪を回り続け、イーサネットのフレームには IP の TTL に当たる欄が無いからです。 同じ送信元 MAC が別の口から何度も入るので、MAC アドレステーブルも揺れます。

STP（スパニングツリープロトコル）は、線をつないだまま、口を 1 か所だけ論理的に止めて、通り道を木（輪のない形）にします。

この連載は、ネットワークの言葉を 3 つの層に置いて読みます。 もの（物理か論理か）、結びつき（人が設定で付ける手動か、機器が学習する自動か、製造時に決まる固定か）、通信フロー（1 本の通信がそれらを順に通る道筋）の 3 つです。

登場するもの

BPDU

論理のものです。 スイッチ同士だけが交換する STP 用のフレームで、中身は［ルート ID］［根までのコスト］［送信元ブリッジ ID］［ポート ID］です。 宛先は決まった番地で、隣のスイッチより先へは転送されません。

ブリッジ ID

優先度と MAC を並べた値です。 優先度の欄は論理・手動で、4096 刻みの値に VLAN 番号を足します（既定 32768 の機器は VLAN 10 では 32778）。 MAC の部分は、製造時に決まる固定です。

ポートの役割とコスト

どちらも論理で、自動で決まります。 役割はルートポート・指定ポート・ブロックの 3 つです。 コストは線の速さから決まり、100 Mb/s は 19、1 Gb/s は 4 です。

結びつき

• 人が設定するのは、優先度（どれを根にするか）と、後述する守りの設定をどの口に付けるかだけです。
• 根とポートの役割の決定は、スイッチが BPDU を比べて自分で計算します。人は「どこを止めろ」とは書きません。
• 木は VLAN ごとに別です（PVST+）。図 4 のトランクの上を、VLAN 10 と VLAN 20 で別の道に流せます。

通信フロー

スイッチ 4 台を輪につなぎ、スイッチ 1 だけ優先度を 4096（VLAN 10 では 4106）に下げてあります。

① 電源を入れた直後、各スイッチは「根は自分」と書いた BPDU を全ポートへ出します。

② 受け取った側はルート ID を比べます。優先度は数値が小さい方が優先され、同じなら MAC が小さい方が根になります。

③ 各スイッチは、根までのコストが最小の口を 1 つだけルートポートにします。同点なら送信元ブリッジ ID が小さい側です。

④ 線の 1 区間ごとに、根に近い側の口が指定ポートになります。

⑤ ルートポートでも指定ポートでもない口をブロックします。輪が 1 か所だけ切れ、通り道が木になります。

⑥ 線が切れたとき、切れた口を持つスイッチはすぐ気づきます。持たないスイッチは、良い BPDU が来なくなるのを待ってから計算し直します。

図 14

図の上半分が輪の状態と STP を入れた後の形、中ほどが復旧の秒数と守りの設定、下半分が役割の推移と BPDU の中身の推移です。

タイマーの既定は Hello 2 秒・Max Age 20 秒・Forward Delay 15 秒です。

自分の口が down したと自分で分かる場合（図の直接検知）は、ブロックしていた口を Listening 15 秒と Learning 15 秒で開けるので約 30 秒です。 自分の口は生きていて良い BPDU だけが来なくなった場合（図の間接検知）は、Max Age 20 秒待ってからその 30 秒に入るので約 50 秒です。 RSTP（802.1w）は隣同士の握手でタイマーを待たずに口を開けるので、これが 1 秒未満になりえます。

守りの設定

図の中ほどに 5 つ並べています。速くする道具は PortFast（PC しか付かない口を待たずに転送状態にする）だけで、BPDU guard・Root guard・Loop guard は BPDU の出入りが前提と違ったときの処置です。 毛色が違うのは BPDU filter で、その口で BPDU を出しも受けもしません。インターフェースに付けると STP を止めるのと同じで、輪ができる危険があります。

図 4・図 15 との接続

図 4 では、スイッチ 2 台の間の 1 本にタグが付きました。線が増えてもタグの付き方は変わりません。STP が決めるのは、どの口を通すかだけです。

次の図 15 では、同じ 2 台の間の 2 本を、そもそも輪にしない形で使います。

未検証・注意

• 約 50 秒を 1 つの数字として書いた Cisco の文書は見つけられませんでした。この 50 秒は Max Age 20 と Forward Delay 15 の 2 倍を足した値で、30 秒・50 秒を直接書いているのは二次資料です。
• 「新しい製品ほど MAC が大きいので、新しいスイッチが根を奪わない設計になっている」という見立ては、根拠を見つけられませんでした（未検証）。規格が決めているのは「ブリッジ ID が小さい方が根」だけです。
• 「優先度が低い順に根になる」という読み方は、Cisco の表現（the lowest numerical priority value）と一致します。
• RSTP の 1 秒未満は、相手が古い STP だと出ません。
• この記事は線を 100 Mb/s（1 本のコスト 19）として書いています。1 Gb/s なら 4 になり、同じ形でも選ばれる道が変わることがあります。
• PVST+ の優先度の値（32778・4106 など）は、上の規則から計算したものです。

出典

• 勉強会での本人の観察（2026-09-13 実機ハンズオン。資料は非公開）
• Cisco: Understand and Tune Spanning Tree Protocol Timers — Hello time 2 秒／Forward Delay 15 秒／Max Age 20 秒が既定
• Cisco: Configuring Spanning Tree Protocol（Catalyst 9200） — 優先度は 0 から 61440 まで 4096 刻みで既定 32768、拡張システム ID は VLAN ID、コストは 1000 Mb/s が 4・100 Mb/s が 19・10 Mb/s が 100
• Cisco: Understand Rapid Spanning Tree Protocol (802.1w) — twice the forward delay must elapse ＝ 30 seconds of disruption of traffic、提案と同意は very fast, as it does not rely on any timers
• Cisco: Understand Spanning Tree PortFast and BPDU Guard Features — PortFast は Listening と Learning を飛ばす、BPDU guard は口を errdisable にする
• Cisco: Configuring Optional Spanning-Tree Features（Catalyst 9300） — Root guard は root-inconsistent (blocked) にする、Loop guard は片方向の故障で代替ポート・ルートポートが指定ポートになるのを防ぐ
• Cisco: Configuring Optional Spanning-Tree Features（Catalyst 3750-X/3560-X） — Enabling BPDU filtering on an interface is the same as disabling spanning tree on it and can result in spanning-tree loops
• Cisco: Troubleshoot Layer-2 Loops on Catalyst 9000 Series Switches — L2 の通信には TTL のような仕組みが無い
• Cisco: Troubleshoot Spanning Tree PVID- and Type-Inconsistencies — VLAN 1 の BPDU は 0180.c200.0000 あてでタグなし、VLAN 1 以外は PVST+ の 0100.0ccc.cccd あてでタグ付き
• インフラエキスパート: スパニングツリー（ポートの役割） ／ 同（コンバージェンス） — 二次資料。BPDU の比較順序、直接検知 30 秒・間接検知 50 秒

関連

• ネットワーク_INDEX — 連載の目次

• 連載の入口: ネットワーク_00_3層で言葉を置く（/notes/nw-basics-00-three-layers）

• 輪の出発点（フラッディング）: ネットワーク_02_同じネットワークの中（/notes/nw-basics-02-same-network）

• VLAN ごとに木が別になる話の土台: ネットワーク_04_トランクとタグ（/notes/nw-basics-04-trunk）

• 前の記事（図 13）: ネットワーク_13_OSPF（/notes/nw-basics-13-ospf）

• 次の記事（図 15）: ネットワーク_15_EtherChannel（/notes/nw-basics-15-etherchannel）