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Protocolo de árbol de expansión. STP. REDUNDANCIA. En una LAN la redundancia mejora la disponibilidad de la red, implementando rutas alternas mediante el agradado de enlaces físicos entre los switches. Enlace A. Enlace B. - PowerPoint PPT Presentation
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PROTOCOLO DE ÁRBOL DE
EXPANSIÓN STP
En una LAN la redundancia mejora la disponibilidad de la red, implementando rutas
alternas mediante el agradado de enlaces físicos entre los switches.
Enlace A
Enlace B
REDUNDANCIA
Al contar con varias conexiones, la interrupción de una ruta simple no genera
impacto en la conectividad de los dispositivos de la red.
Cuando existen varias rutas entre los switches, puede generarse un bucle de capa 2.
Los bucles se forman debido a que las tramas Ethernet no poseen un campo de tiempo
de existencia (TTL, Time To Live).
BUCLE DE CAPA 2
Bucle
TRAMA ETHERNET
No existe un campo TTL como los
paquetes IP que disminuyen de uno
en uno en cada salto
Trama Ethernet
CONSECUENCIAS DE LOS BUCLES DE CAPA 2
Sino finaliza de manera adecuada la propagación de las tramas Ethernet por la
LAN, las mismas siguen rebotando de switch en switch indefinidamente hasta
que se interrumpa un enlace y se elimine el bucle.
Consecuencias directas de los bucles
Tormenta de BROADCAST
Atrapadas en un bucle las tramas de BROADCAST consumen todo el
ancho de banda disponible y en consecuencia no hay ancho de banda
disponible, inhabilitando la LAN.Tramas duplicadas
Las tramas enviadas en una red con bucles es muy probable que el
destino reciba tramas repetidas, dado que la trama podría llegar por
dos enlaces diferentes.
Aprendizaje incorrectoEn una LAN las tramas que provienen de una MAC en particular
podrían llegar desde dos enlaces diferentes ocasionando
inconsistencias en la tabla de aprendizaje del switch.
PROTOCOLO DE ÁRBOL DE EXPANSIÓN
Ante la necesidad de tener una LAN redundante y libre de bucles, nace la necesidad
de implementar el Spanning tree protocol.
El protocolo de árbol de distribución (Spanning tree protocol), estándar 802.1D de
la IEEE, tiene dos objetivos:
1Proporcionar a las redes una mayor resistencia frente a la caída de los enlaces
2Proteger a la red de la aparición de bucles
BPDUTodos los switches que comparten STP intercambian tramas de BPDU (Bridge Protocol Data Units)
La trama BPDU contiene 12 campos para transmitir información de prioridad y de ruta que STP
necesita para determinar el puente raíz y las rutas al mismo.
Se dividen en tres grupos:
Los primeros cuatro campos identifican el protocolo, la versión, el tipo de mensaje y los señaladores de estado.
1
2 Los cuatro campos siguientes se utilizan para identificar el puente raíz y el costo de la ruta hacia el mismo.
3Los últimos cuatro campos son todos campos temporizadores que determinan la
frecuencia en que se envían los mensajes de BPDU y la cantidad de tiempo que la
información recibida a través del proceso BPDU es retenida.
Formato BDPUEl siguiente es el formato de la BPUD
BPDU
Direccion MAC de destino
Direccion MAC de origen
Mensaje de configuración
Mensaje de configuración
Identificador de protocolo
Version
Tipo
Flags
ID de raíz
costo
ID de puente
ID de puerto
Edad del mensaje
Máxima edad
Tiempo entre saludo
Retardo de envió
TOPOLOGÍA EN ÁRBOL
El protocolo asegura que exista una sola ruta lógica entre todos los destinos de la
LAN, al bloquear de forma intencional aquellas rutas redundantes que puedan
ocasionar bucles. Para esto el protocolo implementa una topología en árbol.
Red física: Topología Redundante
Red lógica: Topología de árbol
Protocolo STP activo
RAIZ
TOPOLOGÍA DE ÁRBOL
Características
Permite la comunicación entre dos dispositivos cualesquiera sin bucles.
Es una topología sin bucles que se extiende desde la raíz hasta la ultima
de sus hojas.
Organiza todos los segmentos interconectados sin que ningún segmento
quede aislado.
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2
3
ALGORITMO STP
STP utiliza el algoritmo Spanning tree (STA)
Consiste en tres pasos:
Elección del puente raízElección de los puertos raíces
y designadosPuertos bloqueado
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ELECCIÓN DEL PUENTE RAÍZ
El STA designa un único puente raíz y lo utiliza como un punto de referencia para todos
los cálculos de rutasPUENTE RAÍZ
El puente raíz se escoge a través de un proceso
que consiste en determinar el switch que posee el
menor ID de puente (BID) en la red. Lo demás
puentes son puentes designadosEsta información se comparte entre los switches cuando estos
intercambian tramas BPDU ID de puente (BID)
Campo de longitud de 64 bits único para cada puente
Se obtiene del resultado de la MAC del switch y un valor de prioridad asignado por el administrador Para configurar la prioridad del puente, el administrador cuenta con un rango de prioridad
que abarca de 0 a 65535, con incrementos en 4096
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Elección de puertos raíces y puertos designados
Se calculan puertos raíces para todos los puentes que no son raíz. Entre todos los
puertos se escoge como puerto raíz es que tenga menor costo hacia el puente raíz
En el caso de que haya dos o mas puertos con el mismo costo hacia el puente raíz, se utiliza el ID
de puerto para establecer el puerto raízPUENTE RAÍZ
El puerto raíz es aquel con menor
prioridad de puerto o identificador
mas pequeño.
ID de puerto
Cada puerto del switch tiene un identificador de puerto
Consta de dos campos: un campo único de 8 bits que
coincide con el numero del puerto y un campo de 8 bits
configurables de prioridad
Para configurar la prioridad del puerto, el administrador
cuenta con un rango de prioridad que abarca de 0 a 240,
con incrementos en 16
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2
3
Elección de puertos raíces y puertos designados
Para los puertos designados de cada segmento de red. El algoritmo calcula la ruta mas corta desde
cada puente hacia el puerto raíz, en cada enlace que existe entre dos switches habrá un puerto
designado. Los puertos designados serán los que estén involucrado en la ruta con menor costo
administrativo al puente raízPUENTE RAÍZ
Puerto designado
Puerto designado
Puerto raíz
Puerto raíz
Puerto designado
Puerto bloqueado
PUENTE DESIGNADO
PUENTE DESIGNADO
Puertos Bloqueados Los puertos que no son seleccionados como puertos raíces o puertos designados, son
asignados como puertos bloqueados.
El puerto bloqueado es aquel puerto del switch que no envía tramas de datos ni llena
la tabla de direcciones MAC con direcciones de origen.
Puerto bloqueado
PUENTE RAÍZ
Puerto designado
COSTO DE LA RUTAEl costo de la ruta en puerto Ethernet está relacionado con la velocidad de transmisión
del enlace del puerto. Cuanto mayor sea la velocidad del enlace, menor será el costo
de la ruta. Dicho costo es normalmente basado un procedimiento ya establecido la cual es parte
del protocolo 801.2d. Según la especificación original, el coste es 1000 Mbps dividido
por el ancho de banda del segmento conectado al puerto
COSTO
1000Velocidad del enlace (Mbps)
Ecuación del costo de la ruta
El costo debe ser un número entero
COSTO DE LA RUTAExisten dos estándares para determinar el costo de la ruta, los dos estándares actualmente
disponibles en el switch son:
Dot1d-1998: el switch calcula el costo de la ruta por defecto de un puerto por el estándar
802.1D-1998 de la IEEE.
Dot1T: el switch calcula el costo de la ruta por defecto de un puerto por el estándar 802.1t de la
IEEE.
En la siguiente tabla se ilustra la los diferentes valores de costo para las velocidades de los
enlaces en los dos estándares.
Ancho de banda Dot1d-1998 Dot1T
4 Mbps 250 250
10 Mbps 100 100
16 Mbps 63 62
45 Mbps 22 39
100 Mbps 10 19
155 Mbps 6 14
622 Mbps 2 6
1 Mbps 1 4
10 Mbps 0 2
ESTADOS DE LOS PUERTOS No puede recibir ni transmitir.
Cuando esté estropeado, cuando el enlace al que se conecta falle, o si el
administrador lo ha inhibido de manera intencionada.
Inhibido
Bloqueado
Puerto activo, que no es puerto raíz ni puerto designado.
No es necesario dentro del árbol de expansión.
No recibe ni reenvía tramas, no transmite BPDU pero si las escucha para
determinar si cambia su función dentro del árbol.
Todavía no reenvía tráfico, pero escucha y envía BPDU para poder calcular el árbol
de expansión.
En función de BPDU, se decide si cualificado para ser puerto designado del enlace
(estado aprendizaje) si no (estado bloqueo).
Escucha
ESTADOS DE LOS PUERTOS
Puerto preparado para reenviar tráfico.
Inicialmente tabla de direcciones vacía, en vez de inundar espera un
tiempo para construir una tabla de direcciones.
Aprendizaje
Reenvío de tramas
Estado normal para un puerto que pertenece al árbol de expansiónReenvió
OPTIMIZACIÓN DE STPPor defecto cuando un enlace falla STP se toma algún tiempo antes de habilitar un camino
alterno. Esto se debe al recalculo que hace STP ante un evento.
Algunas técnicas para lograr una mayor velocidad de convergencia son:
Portfast Se utiliza en los conmutadores de acceso para permitir que un puerto de
conmutador entre inmediatamente en el modo de envío, en lugar de efectuar la
transición normal entre estados. Si un switch detecta un enlace caído gracias a un BPDU, debe esperar que expire el
MaxAge antes de reaccionar. Esta opción permite que apenas se reciba la BPDU
avisando de la falla se busque una solución de inmediato. Cuando el MaxAge
termina, ya STP tiene la solución.
Backbonesfast
Permite definir un respaldo para el puerto raíz , de manera que si el principal falla
usa automáticamente el respaldo sin recalcular STP.UPLINKFAST
RSTPRSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) estándar 802.1W Corresponde a una evolución de
Spanning Tree Protocol, reemplazándolo en la edición 2004 de 802.1d. La idea central es reducir
significativamente el tiempo de convergencia de la topología de la red cuando ocurre un cambio
en la topología. RSTP monitorea el estado de todas las trayectorias:
Si una dirección activa se cae, RSTP activa las direcciones redundantes.
Configura de nuevo la topología de la red adecuadamente.
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RSTP se ha convertido en el protocolo preferido para prevenir bucles de capa 2 en topologías
que incluyen redundancia. RSTP mantiene el mismo formato de BPDU que STP sólo que cambia
el campo de versión, el cual se le asigna el valor de 2, siendo compatible con STP.
ESTADOS DE LOS PUERTOS RSTP
Estados de los puertos RSTP:
Escucha BPDUs y guarda información relevante.
Una vez ejecutado el algoritmo para evitar bucles, los puertos
activos pasan a este estado.
No recibe BPDUs por lo cual no se encuentra participando en la
instancia activa de STP
Aprendiendo
Reenviando
Descartado
ROLES DE LOS PUERTOS ETHERNET
Roles de los puertos RSTP:
Es un puerto de envío elegido para la topología Spanning Tree.
Un puerto de envío elegido para cada segmento de la red.
Al Un camino alternativo hacia el Puente Raíz. Este camino es distinto al que usan los puertos raíz.
Un camino de respaldo/redundante (de mayor costo) a un segmento donde hay otro puerto ya conectado.
Un puerto que no tiene un papel dentro de la operación de Spanning Tree.
Raíz
Designado
Alternativo
Respaldo
Deshabilitado
Los puertos raíz y designado forman parte de la topología activa. Los puertos alternativo y de
respaldo no están incluidos en la topología activa
FIN
