13 ديسمبر 2025·8 دقيقة
شجرة الشمول لراديا بيرلمان: العمود الهادئ لإيثرنت
تعرف على راديا بيرلمان وكيف يمنع بروتوكول الشجرة الممتدة حلقات إيثرنت، يمكّن التكرار، وجعل الشبكات الكبيرة أكثر استقرارًا وموثوقية.
تعرف على راديا بيرلمان وكيف يمنع بروتوكول الشجرة الممتدة حلقات إيثرنت، يمكّن التكرار، وجعل الشبكات الكبيرة أكثر استقرارًا وموثوقية.
بدأت إيثرنت كطريقة بسيطة لربط الحواسب داخل مبنى واحد. مع انتشارها في المكاتب والحرم الجامعي ومراكز البيانات، تغيرت التوقعات: لم تعد الشبكات المحلية "شيئًا لطيفًا" فحسب — بل أصبحت أنابيب لنقل البريد الإلكتروني، ومشاركة الملفات، والطابعات، والهواتف، وفي نهاية المطاف سير عمل كاملة للشركات. عندما تفشل تلك الأنابيب، يفشل كل شيء أعلاها.
تعلم بناة الشبكات درسًا قاسياً في الاعتمادية: إذا صممت الشبكة بمسار واحد فقط بين الأجهزة، فإن كابلًا واحدًا مفصولًا أو محولًا واحدًا تعطل يمكن أن يطيح بمنطقة بأكملها. الحل الواضح هو التكرار — وصلات إضافية ومحولات احتياطية.
على طبقة إيثرنت 2، مع ذلك، يأتي التكرار مع أثر جانبي خطير: الحلقات.
صممت راديا بيرلمان بروتوكول الشجرة الممتدة (STP)، الآلية التي تسمح لشبكات إيثرنت بالحصول على التكرار دون الانهيار بسبب الحلقات. لم تكن مساهمتها "أنابيب أكبر" — بل طريقة موزعة عملية للمحولات للتنسيق، والاتفاق على بنية تمرير آمنة، والتكيف تلقائيًا عند تغير الطوبولوجيا.
STP هو نوع من الأنظمة التي لا تلاحظها إلا عندما تغيب أو تُعطل إعداداتها. عندما يعمل بشكل صحيح، لا يبدو شيء مميزًا: يمرُّ المرور، تبقى الوصلات نشطة، وتتحمل الشبكة الأعطال. يمنع الحلقات بهدوء عن طريق حجب عدد كافٍ من المسارات بينما يبقي بدائل جاهزة في حال انقطع المسار النشط.
سنُجسّد المشكلة بعرض كيف تبدو حلقة إيثرنت ولماذا تُسبّب عواصف وانقطاعات. بعد ذلك سنتناول الفكرة الأساسية وراء STP — كيف يحافظ على التكرار لكنه يزيل الحلقات — ونشرح بعبارات بسيطة كيف تقرر المحولات أي الوصلات تمرِّر وأيها تبقى في الاحتياط. بنهاية المطاف، ستحصل على نموذج بديهي لسبب تحوّل STP إلى أساس في التحويل على الطبقة 2، ولماذا تصميم بيرلمان ما يزال مهمًا حتى مع توسع إيثرنت بعيدًا عن جذورها المكتبية المبكرة.
كانت شبكات إيثرنت المبكرة غالبًا صغيرة ومباشرة: عدد قليل من الآلات متصلة على مقطع مشترك، أو لاحقًا، عدد قليل من المحولات (و"الجسور" بالمصطلح الأقدم) التي تربط المقاطع معًا. إذا فُصل كابل واحد، كان الناس يلاحظون — لكن الفشل كان سهل الفهم.
مع إضافة المؤسسات لمزيد من الغرف والطوابق والمباني، نادرًا ما نمت الشبكة كخطة مرتبة. نمت مثل كائن حي: محول جديد هنا، وتمديد كابل "طارئ" هناك، وحل مؤقت أصبح دائمًا بصمت.
عند توسع الشبكات بهذه الطريقة، تُضاف وصلات إضافية لأسباب عملية:
كل تغيير بمفرده قد يبدو ضارًا قليلًا. مجتمعة، يمكن أن تخلق مسارات متعددة بين نفس المحولات.
التكرار مرغوب لأنه يحسّن الجاهزية. إذا فشل رابط واحد، يمكن للمرور أن يسلك مسارًا بديلًا ويستمر المستخدمون بالعمل.
لكن في الطبقة 2 (التحويل)، لم تُصمم إيثرنت لتختار تلقائيًا "مسارًا واحدًا" وتتجاهل الباقي. تقوم المحولات بتمرير الإطارات بناءً على عناوين مكتسبة وبدون تحكم مركزي يمكن أن تتشكل حلقات عبر مسارات متعددة.
هذا هو التوتر الجوهري: الكابلات الإضافية التي أضيفت لجعل الأمور أكثر أمانًا يمكنها أن تخلق حالة تدور فيها الحركة إلى الأبد، وتغمر الروابط والأجهزة. وُجدت الشجرة الممتدة للحفاظ على فوائد التكرار ومنع هذه الانقطاعات العرضية واسعة النطاق الذاتية.
تحدث حلقة تحويل إيثرنت عندما تكون هناك مساران أو أكثر نشطان على طبقة 2 بين نفس المحولات — غالبًا لأن أحدهم أضاف كابل "احتياطي"، أو شبك كلا الوصلتين في نفس الشبكة، أو ربط المحولات في حلقة بدون آلية تحكم. الإطارات لا تملك حدًا لعدد القفزات في طبقة 2، لذا يمكن أن تدور إلى الأبد.
بعض الحركة مُصمّمة لأن تُفَرَّغ: البث (مثل طلبات ARP) والإطارات ذات الوجهة المجهولة (عندما لا يعرف المحول أي منفذ يقود إلى عنوان MAC). في حلقة، تُنسخ تلك الإطارات وتُرسَل حول الحلقة، ثم تُنسخ مرة أخرى، ومرة أخرى.
مثال بسيط: جهاز كمبيوتر يسأل "من يملك 10.0.0.5؟" عبر ARP (بث). مع وجود حلقة، يكرر كل محول البث عبر منافذ متعددة، وتعود النسخ المكررة لتصل إلى محولات أخرى. بسرعة كبيرة، تقضي الروابط ومعالجات المحولات معظم وقتها في معالجة التكرارات، تاركة مساحة قليلة للمرور الحقيقي.
تعلم المحولات مكان الأجهزة بمراقبة أي منفذ تصل منه إطارات مصدر محدد. في حلقة، يمكن أن تصل إطارات نفس الجهاز عبر منافذ مختلفة بفاصل ملّي ثانية. يستمر المحول في "تغيير رأيه" حول مكان ذلك MAC، ويعيد كتابة جدولته مرارًا. النتيجة: يتم توجيه المرور إلى المنفذ الخطأ، ثم يُفوَّض، ثم يُعاد التعلم مرة أخرى.
تتجمع هذه التأثيرات إلى أعراض يعرفها الناس: تباطؤ مفاجئ على مستوى الشبكة، انقطاعات متقطعة، سقوط مكالمات الهاتف، واي‑فاي "يعمل لكنه غير عملي"، وأحيانًا انقطاع كامل عندما تُشبَع المحولات وتتوقف عن الاستجابة. يمكن لكابل رقع واحد غير مقصود أن يطيح بأكثر بكثير من جهازين تم توصيلهما.
تحصل إيثرنت على مرونتها من وجود أكثر من مسار ممكن بين المحولات. إذا انقطع كابل، يمكن للحركة أن تأخذ مسارًا آخر. المشكلة أن المسارات الإضافية يمكن أن تُكوّن دائرة — والإطارات لا تملك حقل "زمن الحياة" في طبقة 2 لإيقاف دورانها إلى الأبد.
يحل بروتوكول الشجرة الممتدة (STP) هذا بمقايضة بسيطة: احتفظ بالروابط الاحتياطية متصلة ماديًا، لكن عطّل منطقيًا بعضًا منها بحيث تشكّل الشبكة النشطة شجرة خالية من الحلقات.
تخيل مدينة تبني طرقًا إضافية حتى تتمكن سيارات الإسعاف من الوصول إلى كل حي عند الانغلاق. إذا فتحت المدينة كل الطرق بلا قواعد، قد تُشكَّل مسارات دائرية مربكة حيث تستمر المركبات بالدوران حول نفس الكتل.
يعمل STP كضبط للمرور:
جزء أساسي من تصميم راديا بيرلمان هو أنه لا يعتمد على متحكم يخبر كل محول ماذا يفعل. كل محول يشارك، ويتبادل رسائل صغيرة ويتوصل مستقلًا إلى نفس الاستنتاج حول أي الوصلات يجب أن تمرّ وأيها يجب أن تبقى في الانتظار.
هذا يجعل STP عمليًا في الشبكات الحقيقية: يمكنك إضافة محولات أو إزالة وصلات أو التعرض لأعطال، وتتقارب الشبكة على نمط تمرير آمن.
إذا نُفِذ STP بشكل صحيح، فإنه يحقق نتيجتين متعارضتين عادةً:
مهمة بروتوكول الشجرة الممتدة (STP) واحدة: حافظ على تكرار إيثرنت دون أن تدع المرور يدور إلى الأبد. يفعل ذلك عن طريق جعل كل المحولات تتفق على مجموعة "الأفضل" من الوصلات للاستخدام في أي لحظة — تسمى الشجرة الممتدة — ووضع الوصلات الزائدة في حالة احتياط.
أولًا ينتخب STP جسرًا للجذر، المحول المختار كنقطة مرجعية للشبكة بأكملها. اعتبره "مركز الخريطة". يُحدد الجذر بواسطة قيمة أولوية (مضبوطة أو افتراضية) ومعرف فريد للمحول؛ الأقل يفوز.
ثم يسأل كل محول: "ما هو أفضل مسار لدي إلى الجذر؟" يخصّص STP تكلفة مسار لكل وصلة (الروابط الأسرع عادةً تحصل على تكلفة أقل). يجمّع كل محول التكاليف على طول المسارات الممكنة ويختار الأقل مجموعًا كأفضل مسار إلى الجذر.
المنفذ الذي يستخدمه أي محول غير جذر للوصول إلى الجذر عبر ذلك الطريق الأفضل يصبح منفذ الجذر.
على كل مقطع مشترك بين محولات، يحتاج STP إلى محول واحد فقط لتمرير الحركة باتجاه الجذر. ذلك المنفذ هو المنفذ المخصص للمقطع. المحول الذي يعلن عن أقل تكلفة طريق إلى الجذر على ذلك المقطع يحصل على دور المخصص.
تُوضَع المنافذ التي لم تُختَر كمنفذ جذر أو منفذ مخصص في حالة حجب (STP) أو حالة عدم التمرير المشابهة (في الإصدارات الأحدث). الحجب لا يزيل الكابل أو يقضي على التكرار — بل يمنع ذلك المنفذ من تمرير إطارات إيثرنت الاعتيادية حتى لا تتشكل حلقة. إذا فشل رابط نشط، يمكن لـ STP فك حجب مسار احتياطي وإبقاء الشبكة متصلة.
لنجعل STP ملموسًا مع شبكة صغيرة من أربعة محولات:
يبدأ STP باختيار نقطة مرجعية واحدة: جسر الجذر. يعلن كل محول عن معرف الجسر، والأقل يفوز.
افترض أن S1 لديه أقل معرف جسر. الآن يتفق الجميع: S1 هو الجذر.
يختار كل محول غير جذر منفذًا واحدًا كـ منفذ الجذر: المنفذ الذي يوفر أفضل مسار عودة إلى S1.
لكل وصلة، يختار STP جانبًا واحدًا كـ المنفذ المخصص للتمرير. أي منفذ ليس منفذ جذر ولا منفذ مخصص يصبح محجوبًا.
في هذا المثال، يُقطَع الحلقة عند الوصلة S3–S4. إذا كان لـ S3 بالفعل مسار إلى الجذر عبر S2، يمكن لـ STP وضع منفذ S3 نحو S4 (أو منفذ S4 نحو S3 بحسب كسر التعادل) في حالة الحجب.
النتيجة: تبقى كل الكابلات موصولة، لكن هناك مسار نشط واحد فقط بين أي نقطتين — لا حلقة.
إذا انكسر المسار النشط (لنقل S2–S3)، يعيد STP التقييم. يمكن للوصلة المحجوبة سابقًا S3–S4 أن تنتقل إلى حالة التمرير، مستعادة الاتصال عبر S3 → S4 → S1.
هذا التغيير ليس فوريًا تمامًا؛ يحتاج STP لوقتٍ ليتقارب (convergence) بأمان وتحديث حالة التمرير دون إعادة إدخال حلقات.
لا يعمل STP إلا إذا اتفقت كل المحولات في الشبكة على نفس القواعد. لهذا السبب تهم المعايير: معظم الشبكات الحقيقية متعددة البائعين، مبنية من معدات اشتريت على مدار سنوات. بدون بروتوكول مشترك، قد لا يفهم "منع الحلقات" لدى علامة تجارية واحدة لدى أخرى، وقد يتحول التكرار إلى انقطاع.
يُعرّف STP التقليدي في IEEE 802.1D. لا تحتاج لقراءة البنود لتستفيد منه — الفكرة الأساسية أن 802.1D تعطي بائعين لغة مشتركة عن كيفية انتخاب جذر الشجرة، حساب تكلفة المسار، وتحديد أي المنافذ يجب أن تمرّ أو تُحجب.
حتى عندما تنتقل لاحقًا إلى متغيرات أحدث (مثل RSTP أو MSTP)، سبب إمكانية الترقية هو نفسه: السلوك موحّد بما يكفي لتمكين الأجهزة من التنسيق بدل التخمين.
تنسق المحولات باستخدام إطارات تحكم صغيرة تُسمى BPDUs (وحدات بيانات بروتوكول الجسر). اعتبر BPDUs كـ "رسائل التحية" لـ STP: تحمل الحقائق التي تحتاجها المحولات لبناء رؤية مشتركة للطوبولوجيا — من يعتقدون أنه الجذر، ومدى قربهم منه (التكلفة)، ومعلومات التوقيت.
لأن BPDUs تُتبادل باستمرار، يمكن لـ STP الاستجابة عند حصول تغيير. إذا فشل رابط، تتغير محادثة BPDU أيضًا، ويمكن للمحولات إعادة التقارب وفتح وصلة محجوبة سابقًا.
توجد مفارقة عملية: غالبًا ما يستخدم البائعون أسماء مختلفة لنفس الخيارات. إعداد مثل "تكلفة المنفذ"، "edge/PortFast"، أو "bpdu guard" قد يظهر تحت قوائم مختلفة أو بصياغات مختلفة. مفاهيم STP الأساسية متسقة، لكن مفردات الواجهة ليست كذلك — لذا يساعد ترجمة الميزات إلى ما تحاول 802.1D تحقيقه.
حلّ STP الكلاسيكي مشكلة الحلقات، لكنه كان قد يكون بطيئًا للغاية في "الشفاء" بعد فشل رابط أو محول. السبب بسيط: كان STP حذرًا. لم تبدأ المنافذ بالتمرير فورًا — بل مرت بحالات زمنية متدرجة (حجب → استماع → تعلم → تمرير). مع المؤقتات الافتراضية، قد تستغرق إعادة التقارب عشرات الثواني (غالبًا ~30–50 ثانية)، وهي مدة تكفي لسقوط مكالمات صوتية، انتهاء مهلات التطبيقات، أو افتراض المستخدمين أن "الشبكة معطلة".
يحتفظ بروتوكول الشجرة السريع (RSTP، IEEE 802.1w) بنفس الهدف — تمرير خالٍ من الحلقات مع تكرار — لكنه يغير طريقة توافق المحولات.
بدل الاعتماد على مؤقتات ثابتة طويلة، يستخدم RSTP مصافحة أسرع بين المحولات لتأكيد أي المنافذ يمكنها التمرير بأمان. كما يميّز أن بعض المنافذ يجب أن تنتقل فورًا:
بعبارات بسيطة: لا يزال RSTP يحجب الوصلات الصحيحة لمنع الحلقات؛ لكنه يتوقف عن معاملة كل تغيير كحدث الأسوأ.
مع نمو الشبكات، أصبح تشغيل شجرة واحدة لكل شيء مقيدًا — خصوصًا مع العديد من VLANs وطوبولوجيات معقدة. يتيح بروتوكول الشجرة المتعددة (MSTP، IEEE 802.1s) إنشاء حالات شجرة ممتدة متعددة، ورَبط مجموعات من VLANs بكل حالة.
هذا يعني أنك تستطيع:
الخلاصة عبر STP → RSTP → MSTP ثابتة: حافظ على التكرار، امنع الحلقات، واستعد التمرير أسرع وبشكل أكثر توقعًا.
أحد أكثر فوائد STP المستخفة هو كيف يحول "الكابلات والمحولات الإضافية" إلى موثوقية متوقعة. على مستوى المؤسسة — خزائن متعددة، محولات وصول عديدة، تغييرات مستمرة — يمكن أن يكون تكرار الطبقة 2 هبة أو فخًا. يجعل STP الحِظة الأولى أكثر شبهًا بالهدية.
نادراً ما تفشل الشبكات الكبيرة بسبب قطع رابط واحد؛ بل تفشل لأن الاستعادة فوضوية. يساعد STP بتوفير طريقة محكومة للشبكة لتتفاعل عند حدوث تغيير:
تحافظ كثير من المؤسسات على تفعيل STP حتى لو فكرت أن طوبولوجيتها خالية من الحلقات. السبب عملي: الناس يخطئون، توثيق يُهمل، وتظهر مسارات طبقة 2 غير متوقعة. مع تشغيل STP، من المرجح أن يسبب كابل رقع إضافي منفذًا محجوبًا بدل أن يسبب انقطاع مبنى كامل.
تفضّل مراكز البيانات الحديثة غالبًا أقمشة leaf–spine راوتيد (طبقة 3) أو تقنيات تعدد المسارات في الطبقة 2 للحصول على عرض نطاق نشط/نشط دون الاعتماد على تقارب STP الكلاسيكي. مع ذلك، يظل STP (أو متغيراته مثل RSTP/MSTP) مستخدمًا على نطاق واسع في شبكات الحرم الجامعي، في المقاطع الطرفية، وكطبقة توافق حيث لا يكون الانتقال الكامل إلى طبقة 3 عمليًا.
على نطاق واسع، إنجاز STP الحقيقي عملي بقدر ما هو تقني: يجعل التكرار قابلاً للإدارة للفرق العادية، وليس للمتخصصين فقط.
STP بسيط في الفكرة — منع حلقات الطبقة 2 مع إبقاء مسارات احتياطية — لكن بعض الأساطير المستمرة تجعل الناس يوقفونه أو يكوّنونه خطأً أو "يحسِّنونه" لينتج انقطاعًا.
صحيح أن الشبكات الحديثة غالبًا ما تعتمد التوجيه في الطبقة 3، وMLAG، وتصاميم تغطية تقلل الحاجة إلى IEEE 802.1D الكلاسيكي. لكن STP (أو أشكاله الأحدث مثل RSTP/MSTP) ما يزال يوفر شبكة أمان في أي مكان يمكن أن تُشكّل فيه إيثرنت حلقة عن غير قصد: محولات الوصول، شبكات الفعاليات المؤقتة، المختبرات، المواقع الفرعية الصغيرة، وأي بيئة قد يربط فيها شخص ما منفذين "فقط للاختبار".
إيقاف STP قد يحول خطأ توصيل بسيط إلى عاصفة بث تأخذ VLAN بأكملها.
المنفذ المحجوب ليس "ميتًا". إنه مسار احتياطي مُعطَّل مسبقًا. يتعامل STP عمدًا مع بعض السعة النشطة لصالح الثبات: إذا فشل المسار المارّ، يمكن للمنفذ المحجوب أن يصبح المسار الجديد دون تدخل بشري.
تحاول الفرق أحيانًا إجبار كل الوصلات على التمرير بإيقاف STP، أو تسطيح VLANs، أو إضافة محولات غير مُدارة. قد يبدو ذلك فعّالًا — حتى أول حلقة تذيب الشبكة.
التكرار مفيد فقط عندما يُصمم بعناية. إضافة وصلات متقاطعة إضافية بين المحولات دون تخطيط يزيد عدد سيناريوهات الحلقات المحتملة ويجعل سلوك STP أصعب في التوقع. النتيجة قد تكون مسارات مرور غير متوقعة، منافذ uplink محجوبة، أو تقارب أطول بعد فشل.
حتى مع تفعيل STP، يمكن لإعدادات خاطئة أن تسبب أضرارًا حقيقية:
الخلاصة: STP ليس مجرد خانة لتعليمها — إنه مستوى تحكم. عاملها على هذا النحو، وثقّ نواياك، وتحقق من التغييرات قبل تعميمها.
غالبًا ما تظهر مشاكل الشجرة الممتدة كـ "الشبكة بطيئة" قبل أن يدرك أحد أن هناك مشكلة في طبقة 2. بعض الفحوص المركزة يمكن أن توفر ساعات من التخمين.
عند ظهور حلقة إيثرنت أو عدم استقرار STP، سترى عادةً:
ابدأ بالأساسيات:
نظافة STP الجيدة في الغالب عملية:
إذا أردت قائمة تدقيق أوسع لعزل مشكلات الشبكة بخلاف STP، راجع /blog/network-troubleshooting-basics.
STP مثال رائع "لبنية تحتية هادئة"، ويميل إلى الفشل بطرق إنسانية جدًا: نوايا غير واضحة، كابلات غير موثقة، إعدادات غير متناسقة، وتحري أخطاء مرتجل. طريقة عملية لتقليل هذا الخطر هي بناء أدوات داخلية خفيفة وكتب تشغيل حول عمليات STP.
مع Koder.ai، يمكن للفرق إنتاج أدوات أو لوحات تحكم صغيرة من دردشة بسيطة — مثل أداة تستخلص مخرجات المحولات، تبرز جسر الجذر الحالي، تعلم المنافذ المحجوبة غير المتوقعة، أو تتعقب أحداث تغيير الطوبولوجيا على مدى الزمن. لأن Koder.ai يدعم تصدير الشيفرة ونشر/استضافة التطبيقات (مع استرجاع نسخ snapshots)، فهو وسيلة عملية لتحويل "المعرفة القبلية" إلى خدمة داخلية مُدارة بدلًا من سكربت وحيد على حاسوب شخصي.
عمل بيرلمان على الشجرة الممتدة تذكير بأن بعض أهم البنى التحتية لا تبدو براقًة — بل ببساطة تمنع الفوضى. من خلال إعطاء إيثرنت طريقة عملية لاستخدام الروابط الاحتياطية دون إنشاء حلقات، ساعد STP في جعل "إضافة مسار احتياطي" خيارًا آمنًا بدل تجربة خطرة. هذا التحول مكّن شبكات طبقة 2 أكبر وأكثر مرونة في المؤسسات والحرم الجامعي ومراكز البيانات.
يفترض STP أن شيئًا ما سيخطئ: كابل يُوصل في المنفذ الخطأ، محول يُعاد تشغيله، وصلة تهتز. بدل أن تأمل ألا يرتكب المشغّلون أخطاء، يبني نظامًا يستطيع امتصاص الأخطاء والتقارب إلى حالة آمنة. الدرس أوسع من الشبكات: اعتبر حالات الفشل متطلبات من الدرجة الأولى.
تقصد الشجرة الممتدة حجب بعض الوصلات بحيث تبقى الشبكة مستقرة. تلك "السعة المهدرة" تبادل مقابل سلوك قابل للتوقع. الأنظمة الجيدة عادةً ما تحتفظ بهوامش — وقت إضافي، فحوص إضافية، دروع إضافية — لأن تجنّب فشل كارثي يستحق أكثر من استخراج آخر نسبة من الاستغلال.
يعمل STP لأن كل محول يتبع نفس القواعد الموزعة ويتبادل رسائل تحكم صغيرة للتوصل إلى طوبولوجيا خالية من الحلقات. لست بحاجة إلى مشغل واحد يقرر يدويًا أي المنافذ تُغلق عند كل تغيير. الدرس: عندما يجب على مكونات متعددة التعاون، استثمر في بروتوكولات وإعدادات افتراضية تجعل السلوك الآمن هو الأسهل.
إذا تذكرت نقاطًا قليلة فقط، اجعلها هذه: ابنِ التكرار، افترض الخطأ البشري، وأتمت الاختيار الآمن. هذه العقلية — أكثر من أي ميزة منفردة — تشرح لماذا أصبحت الشجرة الممتدة عنصرًا أساسيًا هادئًا.
إذا أردت مزيدًا من الأساسيات الشبكية المبسطة، تصفح /blog.
حلقة طبقة 2 تحدث عندما تمتلك المحولات مسارين أو أكثر نشطين بين نفس المقاطع، مكوّنة دورة. بما أن إطارات إيثرنت لا تحتوي على حد للقفزات في طبقة 2، فإن حركة البث (البروتوكولات الموجهة للبث والإطارات أحادية الوجهة غير المعروفة) يمكن أن تدور إلى ما لا نهاية وتتكاثر، مما يجهد الروابط ووحدات معالجة المحولات.
توفر الروابط الاحتياطية مسارات بديلة، لكن بدون تنسيق قد تقوم المحولات بالإرسال عبر كل هذه المسارات. هذا يخلق حلقة حيث تُكرر الإطارات المظللة مرات متتالية، مما يؤدي إلى عواصف بث وعدم استقرار تعلم عناوين MAC — وغالبًا ما ينتهي الأمر بانقطاع شبكة واسع النطاق من جراء سِلك وصله احتياطي واحد إضافي.
يحافظ STP على الروابط الاحتياطية متصلة فعليًا لكنها معطّلة منطقيًا لبعض المنافذ بحيث يصبح الطوبولوجيا النشطة شجرة خالية من الحلقات. إذا فشل المسار النشط، يستطيع STP تغيير حالة منفذٍ كان محجوبًا إلى حالة تمرير لاستعادة الاتصال.
يختار STP جذر الشجرة كمرجع لبقية نطاق طبقة 2. يُصبح المحول الذي يملك أقل معرف جسر (تفضيل+معرف فريد) هو الجذر؛ جعل المحول المقصود (مثل نواة التوزيع) هو الجذر يساعد في إبقاء مسارات التمرير متوقعة وفعالة.
كل محول غير جذر يحدد منفذًا واحدًا كـ منفذ الجذر: المنفذ الذي يعطي أدنى تكلفة مسار وصولًا إلى الجذر. تكلفة المسار تعتمد على سرعة الوصلة (الروابط الأسرع عادةً تحصل على تكلفة أقل)، ويتم كسر التعادل باستخدام المعرفات لضمان اختيار حتمي.
لكل مقطع بين محولين، يختار STP جانبًا واحدًا كـ المنفذ المخصص الذي يقوم بالتمرير لصالح ذلك المقطع (الطرف الذي يعلن عن أفضل مسار إلى الجذر). أي منفذ ليس منفذ جذر ولا منفذ مخصص يصبح محجوبًا/مرفوضًا، وهكذا يكسر STP الحلقات.
يعني أن المنفذ لا يقوم بتمرير إطارات المستخدمين العادية، فلا يشارك في حلقة. الوصلة تبقى فعالة ويمكنها نقل حركة تحكم STP؛ وإذا تغيّرت الطوبولوجيا (مثل فشل رابط) فقد يرتفع هذا المنفذ إلى حالة التمرير ويأخذ دوره كمسار نشط.
BPDUs (وحدات بيانات بروتوكول الجسر) هي إطارات تحكم يرسلها المحول لتشارك معلومات الطوبولوجيا: من يعتقدون أنه الجذر، وتكلفة المسار إليه، وتفاصيل توقيت. بمجرّد تبادل BPDUs باستمرار، يمكن للمحولات اكتشاف الفشل أو التغيرات وإعادة التقارب على طوبولوجيا آمنة خالية من الحلقات.
STP الكلاسيكي (IEEE 802.1D) قد يستغرق عشرات الثواني لإعادة التقارب لأنه يعتمد على مؤقتات محافظة وحالات منافذ متدرجة. RSTP (802.1w) يسرّع ذلك باستخدام تفاهمات أسرع بين المحولات وانتقالات سريعة (وخاصة للمنافذ الحافة/PortFast)، ما يقلل من وقت التوقف بعد الفشل.