PVST(ピーブイエスティー)とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

PVST (Per-VLAN Spanning Tree) とは、Cisco社が開発した独自のスパニングツリープロトコルの拡張機能である。これは、レイヤー2ネットワークにおいて発生するループ構成を防止しつつ、VLAN（Virtual Local Area Network）ごとの経路最適化を実現することを主な目的としている。システムエンジニアを目指す上で、このプロトコルは従来のSTP（Spanning Tree Protocol）が抱えていた課題を克服し、現代のネットワークにおいてより柔軟で効率的な設計を可能にする重要な技術として理解する必要がある。

従来のIEEE 802.1Dで標準化されたSTPは、ネットワーク全体に対して単一のスパニングツリーを構築する。この方式は、物理的なネットワークトポロジー全体でブロードキャストストームやMACアドレス学習の不安定化を引き起こすループを防ぐという基本的な役割においては有効である。しかし、VLANの概念が広く普及し、ネットワークがより複雑化するにつれて、この単一のスパニングツリーというアプローチがいくつかの課題を生むようになった。具体的には、STPがネットワーク全体で一つしか存在しないツリーを形成するため、たとえ複数のVLANが論理的に分割されていても、すべてのVLANトラフィックは同じ物理経路を利用することになる。これにより、冗長リンクの一部は常にブロックポートとしてアイドル状態となり、特定のVLANトラフィックにとって最適な経路が利用できなかったり、ネットワークリソースの有効活用が阻害されたりする問題が発生した。例えば、VLAN AのトラフィックはリンクL1が最適だがSTPによってブロックされているためリンクL2を使わざるを得ず、VLAN BのトラフィックはリンクL2が最適だがやはりブロックされているためリンクL1を使わざるを得ないといった、非効率な状況が生まれやすかった。VLANごとに異なる要件を持つトラフィックに対して、柔軟な経路制御や負荷分散を実現することは困難だった。

PVSTはこの従来のSTPが抱えていた課題を解決するために考案されたプロトコルである。PVSTの最大の特徴は、VLANごとに独立したスパニングツリーインスタンスを動作させる点にある。つまり、ネットワーク内にVLANが10個定義されていれば、それぞれ独立した10個のスパニングツリーが同時に動作することになる。これにより、各VLANは自身のトラフィックに最適なルートを個別に計算し、異なるVLAN間で異なる物理経路を利用することが可能になる。例えば、VLAN 10のトラフィックはスイッチAとスイッチBを結ぶリンクL1を優先的に利用し、VLAN 20のトラフィックはスイッチAとスイッチCを経由してスイッチBに至るリンクL2を優先的に利用するように設定できる。このように、VLANごとにルートブリッジ、ポートコスト、ポートプライオリティなどを個別に設定できるため、特定のVLANのトラフィックフローを特定の物理リンクに割り当てることで、アクティブなリンクを増やし、ネットワーク全体の負荷分散と帯域利用効率の向上を図れる。また、あるVLANのツリーに障害が発生しても、他のVLANのツリーは独立して動作しているため影響を受けにくく、VLANごとの耐障害性も向上する。ネットワーク設計者は、VLANの特性や要件に基づいて、より柔軟かつ効率的なネットワークトポロジーを構築できるようになる。

PVSTには、その拡張版としてPVST+（Per-VLAN Spanning Tree Plus）も存在する。PVST+は、Cisco独自のISL（Inter-Switch Link）トランキングプロトコルだけでなく、標準のIEEE 802.1Qトランキングプロトコルにも対応している点が特徴である。これにより、Ciscoスイッチだけでなく、他のベンダーのスイッチが混在する環境でも動作可能となる点が大きな利点である。PVST+は、IEEE 802.1Qでカプセル化されたトランクポートと、タグなしのネイティブVLANトラフィックが流れるアクセスポートの両方でスパニングツリープロセスを実行できる。ただし、PVST+が提供するVLANごとのスパニングツリー機能は、Ciscoスイッチ間でIEEE 802.1Qトランクを介してBPDU（Bridge Protocol Data Unit）が交換される場合にのみ完全に機能する。Cisco以外のスイッチは、通常、標準のSTPまたはRSTP（Rapid Spanning Tree Protocol）を単一インスタンスで動作させるため、PVST+のVLANごとのSTP情報を受け取ってもそれを処理できない。この場合、Ciscoスイッチ側は互換性モードで動作し、非Ciscoスイッチとは単一のスパニングツリーインスタンスで通信する。

PVSTの導入は、ネットワークの柔軟性と効率性を高める一方で、いくつかの考慮すべき点がある。VLANの数が増えるほど、それぞれのVLANに対して独立したスパニングツリーインスタンスが動作するため、スイッチのCPUリソースとメモリ消費が増加する傾向がある。これは、各インスタンスが独自のBPDUを生成し、処理する必要があるためである。結果として、ネットワーク上に流れるBPDUの数もVLANの数に比例して増加し、わずかながらネットワーク帯域を消費する可能性がある。また、VLANごとに設定を行うため、設定の複雑さが増し、管理工数が増加する可能性も考慮する必要がある。さらに、Cisco独自のプロトコルであるため、ネットワーク全体をCisco製品で構成しない場合、PVSTの全機能を享受できない、いわゆるベンダーロックインのリスクも考慮すべき点である。しかし、これらの課題を上回るVLANごとの負荷分散や経路制御の柔軟性、耐障害性の向上は、今日の複雑なエンタープライズネットワークにおいて非常に価値のある機能と言える。システムエンジニアとしてネットワークを設計・運用する際には、これらの利点と欠点を総合的に評価し、ネットワーク要件に最適なスパニングツリープロトコルを選択することが重要となる。PVSTは、STPの基本原則を理解した上で、VLANという概念がネットワークにもたらした進化に対応するための重要なステップであったと言える。