我們前幾天介紹了一些不同的 OSI Layer 2 協定
今天我們將介紹另一個重要的 L2 連結層協定

STP（Spanning Tree Portocol）

STP，全名為 Spanning Tree Portocol，中文叫生成樹協定
在介紹 L2 協定時我們也說過
用途為偵測網路實體連接拓樸
主要用來避免網路拓樸產生環狀結構（Loop）
網路中產生環狀結構時容易造成廣播風暴（Broadcast radiation、Broadcast Storm）
這個協定可以探測出網路的實體接線，並找出一個不會產生環狀結構的邏輯網路拓樸

廣播風暴

在介紹一下 STP 的運作原理前，我們先來介紹一下什麼是廣播風暴
因為現在大多數 Switch 預設都有啟用 STP，所以常常不會發現這個問題

在這個網路拓樸下，如果沒有開啟 STP 會發生什麼事呢
首先，當 PC A 發出了一個 L2 的廣播封包（像是之前介紹的 ARP 請求封包，就是廣播形式的）
PC A 將會發送至 Switch 2（他也只有連上 Switch 2，也沒辦法傳給其他人）
Switch 2 看到了這個封包，想說是廣播封包
所以複製了一份，傳給 Switch 1 與 Switch 3，這時候整個網路拓樸中就已經有兩份這個封包了，讓我們根據複製出來的封包做編號並分別講解

1. 這時候 Switch 1 收到了一個廣播包，因為只有連接 Switch 1 與 Switch 3，而這個封包是從 Switch 2 收到了，所以只會被轉傳給 Switch 3
2. Switch 3 也收到了一個廣播包，所以他決定複製一份，往其他實體網路接口傳送，也就是往 Switch 1 與 PC A

發現了嗎，這時候複製出來的這兩個封包就會留存在網路拓樸中
且因為 Layer 2 沒有 TTL（Time to Live）機制，沒辦法轉送超過一定數量設備後被丟棄
所以網路內的封包就會越來越多，且電腦也會一直收到複製出來的廣播封包
這時候就會造成 Switch 與終端設備要花資源來處理這些垃圾封包
而最終將會造成資源耗盡

STP 運作原理

STP 其實是算是一個有點小複雜的演算法，我們在這裡不會過多介紹計算方式
但我們要知道的是，STP 會透過一定算法，來將邏輯拓樸變換成一個樹的結構
在剛剛上面的例子，我們假設 Switch 2 為樹的 Root，則邏輯拓樸將會變為如下
Switch 1 與 Switch 3 之間將不會有連線，進而避免了廣播封包繼續傳遞下去

而這個樹中的 Root 可以是用某些條件自動產生的，又或者是人工指定的

BPDU（Bridge Protocol Data Unit）

BPDU，全名 Bridge Protocol Data Unit，是 STP 這個協定用來傳輸相關資料的資料包名稱，以下將會使用 BPDU 這個名字來講解 STP 的資料包

STP Hijack

我們說到的這個 Tree 的 Root 是某些條件自動產生的，但也可以人工指定
假設我們今天有以下的一個實體拓樸

攻擊者就可以透過發送假的 STP 封包，跟 Switch 2 與 Switch 3 講說自己是管理者指定的 Root
這時候邏輯拓樸就會變得如下

發現了嗎，這雖然是一顆完整的樹，但最上層節點（Root）變為了攻擊者
這也間接導致了 PC A 與 PC B 之間的溝通，勢必要經由攻擊者才能到達，攻擊者就可以藉此監聽或竄改 PC A 與 PC B 之間的溝通

BPDU 相關攻擊

TCN (Topology Change Notification) DoS

當生成樹結構改變時，正常情況下需要通知全體 Switch，讓他們更改 Forwarding Table，這樣才能將封包傳送到正確的地方
而攻擊者可以模擬假的 TCN 封包，讓交換器頻繁的情除 Forwarding Table，造成需要重新學習設備 MAC，導致轉發功能無法工作，造成連線障礙

Ignore TCN

就像上面所說的，如果當生成樹結構改變時，正常情況下需要通知全體 Switch，但如果沒有通知的話，就會造成交換器的 Forwarding Table 在一段時間內無法正確轉送封包，頻繁的生成樹結構改變加上沒有正確通知交換器，就會導致轉發功能無法工作，造成連線障礙

Other BPDU DoS

當發送大量偽造 BPDU 時，交換器以為實體結構改變了，需要計算新的生成樹，這時候就會造成資源耗損，但需要發送大量偽造 BPDU，且並沒有較直接的攻擊效果，只能造成資源耗用

STP 相關攻擊防治方法

首先，我們有一種顯而易見的方法，就是禁止交換器上的終端設備連接孔的 BPDU
就上面 STP Hijack 的實體連結拓樸來看

如果我們只信任綠色三條線路兩端的連接孔來接收 BPDU 相關封包
我們就可以避免攻擊者同時接上兩台 Switch 來達成流量劫持的效果
也可以避免 PC A 與 PC B 發送其他 BPDU 攻擊
但這樣有一個缺點
當如果有一個使用者私自接上了 Switch

如上圖 Switch 4，這時候 STP 就無法正確處理網路拓樸，導致 Loop 的產生
所以同時也要搭配公司政策或者其他設定（Storm Control）等做使用

小結

本篇稍稍講解了 STP 這個連接層協定可能造成的一些問題
這裡有另一篇十分具有參考價值的文章，但內容稍微複雜且偏向實作
如我的文章中有講解不到位的地方，這篇文章基本涵蓋了大部分內容
Spanning Tree Protocol Attack 生成樹協定攻擊 - Jan Ho 的網絡世界
但實作較偏向 Cisco 的做法，其他廠牌略有不同，故在此不多作介紹