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En la actualidad, las empresas dependen cada vez más de sus redes para su funcionamiento. Para muchas organizaciones, la red es su herramienta vital. Los períodos de inactividad de la red tienen como consecuencia la pérdida de operaciones comerciales, ingresos y confianza por parte del cliente, lo que podría resultar desastroso para la empresa. La falla de un único enlace de la red, un único dispositivo o un puerto crítico de un switch causa un período de inactividad de la red. La redundancia es una característica clave del diseño de la red a fin de mantener un alto grado de confiabilidad y eliminar cualquier punto de error exclusivo. La redundancia se logra mediante la instalación de enlaces de red y equipos duplicados para áreas críticas. En ocasiones, proporcionar redundancia completa a todos los enlaces y los dispositivos de la red puede resultar muy costoso. Los ingenieros de red a menudo deben equilibrar el costo de la redundancia con la necesidad de disponibilidad de la red. Los períodos de inactividad de la red pueden tener como consecuencia la pérdida de operaciones comerciales, ingresos y confianza por parte del cliente.
La redundancia hace referencia a la existencia de dos caminos diferentes a un destino determinado. Algunos ejemplos de redundancia fuera de los entornos de red son: dos carreteras que llevan a un pueblo, dos puentes que cruzan un río o dos puertas de salida de un edificio. Si una vía está bloqueada, todavía está disponible la otra. Para lograr redundancia, conecte los switches a varios enlaces. Los enlaces redundantes de una red conmutada reducen la congestión y mejoran la alta disponibilidad y el balance de carga. Sin embargo, la conexión entre switches puede ocasionar problemas. Por ejemplo, la naturaleza de broadcast del tráfico de Ethernet crea bucles de conmutación. Las tramas de broadcast se transmiten en círculos en todas direcciones, lo que ocasiona una tormenta de broadcast. Las tormentas de broadcast utilizan todo el ancho de banda disponible y pueden impedir que se establezcan conexiones de red, además de ocasionar la interrupción de las conexiones ya establecidas.
Problemas • Habitualmente, las redes conmutadas redundantes, en la operatoria diaria, pueden encontrarse con 3 problemas habituales : • Tormenta de Broadcast. • Inestabilidad de las tablas MAC. • Información duplicada.
Tormenta de Broadcast • Las tormentas de broadcast son tramas de nivel 2 circulando permanentemente por la red indefinidamente. El resultado habitual de esto, es la degradación de los enlaces y performance de red, y en algunos casos, según la magnitud de la tormenta, el colapso de los equipos. • Veamos en la siguiente figura, un ejemplo de tormenta de broadcast, por la ausencia de un protocolo de redundancia. SW1 SW2 G0/1 G0/2 Fa0/12 Fa0/11 G0/2 G0/1 Host 1 Host 2 SW3 G0/1 G0/2 Fa0/13 Dest. MACFFFF:FFFF:FFFF Host 30200.3333.3333
Tormenta de Broadcast • Imaginemos, que el host 3 desea enviar un broadcast de nivel 2 por algún motivo en particular. Este es forwardeado al SW 3, de manera que el se encargue de enviar al trama, al resto de los host. • Cumpliendo con esta tarea, el SW 3, envía el frama a SW 1 y SW 2. Si analizamos solo el sentido hacia SW 2, el frama irá a SW 2, y este lo enviará a SW 1. Este último con cierta lógica, retransmite el frame hacia la LAN, y hacia SW 3 (a SW 2 no, debido a que no lo hacen nunca hacia la misma interface), y por ende, el SW 3 vuelve a recibir el mismo frame que el distribuyó. • Ahora volvamos al inicio, cuando el SW 3 envía la información de broadcast. El SW 1 va a recibir el broadcast con la misma información, por dos interfaces diferentes: por el enlace a SW 3, y por el broadcast que SW 2 le envío. • Todos estos cambios, generan inestabilidad de las MAC ADDRESS TABLE. • El SW 3 posee una entrada en su tabla que indica, fa0/13 --- vlan 1 --- mac 0200.3333.3333. Pero como hemos mencionado el SW 1 también le reenvía la trama… por ende el switch ahora observa la misma información, pero por la interface g0/1… por ende, no sabe por donde está realmente la mac address del host 3. • Lo que resulta de esto, es que ahora el SW 3, actualiza inmediatamente su MAC Table, con la información g0/1 --- vlan 1 --- mac 0200.3333.3333, lo cual sabemos que es incorrecto, debido a que cuando el host 3 vuelva a transmitir, el SW 3 deberá nuevamente actualizar la tabla.
Tramas Duplicadas • Las tormentas de broadcast no son el único problema creado por los enlaces redundantes en una red conmutada. Las tramas unicast a veces ocasionan problemas, como las transmisiones de múltiples tramas y la inestabilidad de la base de datos de MAC. • Transmisiones de múltiples tramas • Si un host envía una trama unicast a un host de destino, y la dirección MAC de destino no está incluida en ninguna de las tablas de direcciones MAC del switch conectado, todos los switches inundan todos los puertos con la trama. En una red con bucles, la trama podría enviarse de vuelta al switch inicial. El proceso se repite, y así se crean varias copias de la trama en la red. • Con el tiempo, el host de destino recibe varias copias de la trama. Esto ocasiona tres problemas: desperdicio de ancho de banda, desperdicio de tiempo de la CPU y posible duplicación del tráfico de transacciones. • Inestabilidad de la base de datos de direcciones MAC • Es posible que los switches de una red redundante obtengan información incorrecta sobre la ubicación de un host. Si existe un bucle, un switch puede asociar la dirección MAC de destino con dos puertos separados. Esto ocasiona confusión y envíos subóptimos de tramas.
STP DEC (Digital Equipment Corporation), que luego de ser comprada por otra compañía fue renombrada a COMPAQ, desarrollo hace varios años la primera versión del protocolo STP, que luego fue modificado y estandarizado por el IEEE bajo la designación IEEE 802.1D. El objetivo principal de STP es evitar los loops de nivel 2 del modelo de referencia OSI (capa de enlace). STP monitorea la red, por medio del intercambio de tramas testigo, para conocer todos los enlaces redundantes y deshabilitarlos, dejando solo un camino hacia cada destino. Para realizar todos sus cálculos STP utiliza el algoritmo STA (Spanning Tree Algorithm). El protocolo de Spanning Tree (STP, Spanning Tree Protocol) proporciona un mecanismo de desactivación de enlaces redundantes en una red conmutada. El STP proporciona la redundancia requerida para brindar fiabilidad sin crear bucles de conmutación. Es un protocolo de estándares abiertos, que se utiliza en un entorno de conmutación para crear una topología lógica sin bucles. El STP es relativamente autosuficiente y requiere poca configuración. La primera vez que se encienden los switches con STP activado, buscan bucles en la red de conmutación. Los switches que detecten un posible bucle bloquean algunos de los puertos de conexión, y dejan otros activos para enviar tramas.
STP Si empleamos STP, evitamos lógicamente los loops, por links redundantes, debido a que en operación normal, las interfaces se encuentran en estado blocking o forwarding. Las primeras no envían tráfico, solo reciben tramas propias del protocolo STP, y las segundas participan activamente del proceso de envío de tráfico. Con STP, la topología sería la siguiente: Ahora si el host 3, desea transmitir a el host 1, solo conoce un camino, por ende no habrá loops. En caso de que sea un broadcast, tampoco habrá problemas debido a que el puerto en blocking descarta tramas. SW1 SW2 G0/1 G0/2 Fa0/12 Fa0/11 G0/2 G0/1 Host 1 Host 2 X SW3 G0/1 G0/2 Fa0/13 Dest. MACFFFF:FFFF:FFFF Host 30200.3333.3333
STP • El STP define una estructura que abarca todos los switches de una red conmutada en estrella. Los switches verifican la red constantemente para garantizar que no haya bucles y que todos los puertos funcionen correctamente. • Para evitar los bucles de conmutación, el STP: • Obliga a ciertas interfaces a ingresar en un estado de espera o bloqueo. • Deja a otras interfaces en estado de envío. • Reconfigura la red activando la ruta en espera correspondiente, si la ruta de envío deja de estar disponible. • En la terminología de STP, a menudo, se utiliza el término puente para referirse al switch. Por ejemplo, el puente raíz (o Root Bridge) es el switch principal o punto focal de la topología de STP. El puente raíz se comunica con los demás switches mediante unidades de datos de protocolo de puente (BPDU, Bridge Protocol Data Units). Las unidades BPDU son tramas que se envían como multicast cada 2 segundos a todos los demás switches. Estas unidades contienen información como: • Identidad del switch de origen. • Identidad del puerto de origen. • Costo del puerto de origen. • Valor de los temporizadores de actualización. • Valor del temporizador de saludo.
ID del Puerto Contiene un valor unico por puertoContiene el valor 0x8001 en el puerto 1/1 mientras que el puerto ½ 0x8002 • Identificador de protocolo • Valor siempre en 0 ID de Raíz Contiene el ID de switch del switch root.Contiene el mismo valor despues de la convergencia de todas las BPDU de la red en puerta. • Version • Valor siempre en 0 • Antiguedad del mensaje • Registra el tiempo desde que el switch root genero originalmente la informacion desde la cual se deriva el BPDU actual. • Tipo de mensaje • Especifica el tipo de BPDU que contiene la trama. (configuración o TCN). • Costo hacia el ROOT • El costo acumulativo de todos los enlaces que conducen al switch root. • Retraso de envio • El tiempo empleado entre escuchar y aprender • Señaladores • Utilizados para administrar cambios en la topologia activa. • ID de switch • El BID del switch que creo el BPDU actual • Hello Time • Tiempo entre los BPDU de configuracion periodica.
STP -Bridge ID- • Los switches de la red, poseen un identificador único denominado Bridge ID, el cual se emplea por ejemplo, para determinar que Switch será la raiz o Root de la topología. • Este parámetro de 8 bytes, se compone de dos partes: • La MAC ADDRESS: es la dirección de capa de enlace, del switch. • El Priority: es la prioridad del Switch para el protocolo. Por default, siempre está seteado en 32.768. • A pesar de que el Priority, es el valor que primero se observa a la hora de elegir el RB, en caso de que ambos switches posean el mismo Priority, la MAC Address más baja es la que determina quien toma el mencionado rol. Es de aclarar, que el Priority más bajo, es el que posee la prioridad para ser RB.
STP -Definiciones- • Veamos algunos términos como para familiarizarnos con STP: • Root Bridge: El root bridge es el Switch con el menor bridge ID, el cual sirve como punto de referencia para toda la red de Nivel 2. Cuando se habilita una instancia de STP en la red, es necesario que un Switch tome las decisiones de bloqueo y convergencia de red, y es el root bridge el encargado de la toma de decisiones. Para establecer la prioridad , configure Switch(config)#bridge priority 4096. • Bridge ID: Es utilizado para designar el root bridge y para identificar a cada uno de los Switches de la red. Este valor se calcula en base de las direcciones MAC de las interfases del Switch y de su valor de prioridad (por defecto CISCO utiliza una prioridad igual a 32.768). • BPDU: Todos los Switches tienen que realizar un intercambio de información tanto para definir cual será el root bridge de la red y para las futuras decisiones de convergencia de nivel 2 que se harán conforme transcurran los eventos en la red. Toda esta información se intercambia por medio de mensajes BPDU (Bridge Protocol Data Unit) que son actualizados antes de enviarlos a cada uno de los Switches vecinos. • Nonroot Bridges: Son todos aquellos Switches que no son el root bridge. • Port Cost: El costo de un puerto determina el camino óptimo entre dos Switches que están interconectados por múltiples enlaces, en los cuales ningún puerto es un root port. El coste de un puerto es determinado por su ancho de banda.
STP –Roles de los Puertos- • Root Port: Son los puertos de los Switches (nonroot bridges) que están directamente conectados con el root bridge, queda claro que en una topología grande solo algunos Switches tendrán root ports. En el caso de que más de un puerto de un Switch este conectado al root bridge, se verificará el coste de ambos puertos para ver el ancho de banda de cada uno, el que tenga menor coste se convertirá en root port. En caso de tener ambos puertos el mismo coste y como la prioridad será la misma (debido a que son puertos del mismo Switch), el que tenga el número de puerto más bajo será el que se convierta en root port. • Designated Port: Son aquellos puertos que son identificados por tener el mejor coste (el más bajo), estos puertos son los utilizados para realizar en envío de información. • Nondesignated Port: Son aquellos con coste más alto que los puertos designados, estos puertos son puestos en estado de Blocking, y no serán utilizados para el envío de información. • Disabled port: es un puerto que no participa de STP. • Blocked Port: Son puertos bloqueados administrativamente para evitar los loops, no realizarán el envío de tramas Ethernet, en caso de necesidad pueden ser habilitados para realizar una convergencia de red. STP
STP -Costos- Los costos, según cada interface, varían según el ancho de banda de transmisión. Los mismos definidos por la IEEE, son los siguientes:
STP -Convergencia- STP, al usar el algoritmo STA, intenta además de hallar el camino óptimo y evitar loops, buscar que interfaces deben quedar en estado forwading y cuales en estado blocking. Para ello realiza la siguientes tareas: 1. Lo primero que debe hacer el protocolo, es encontrar el Root Bridge, el cual servirá como punto de referencia para el resto de los switches, y además se encargará de forwardear tramas por todos sus puertos. 2. Cada equipo del dominio de STP que no sea Root Bridge, o sea que los Non Root Bridge, deben hallar el mejor camino al RB, por medio de los costos, y luego de eso, colocar como Root Port el puerto con el mejor camino hacia el RB. Además entre cada link entre dos swtiches, debe haber un Designated Port (solo uno), el cual es el camino más rápido hacia el RB (no es necesariamente el más corto). Obviamente todos los puertos del RB, son Designated Ports. 3. Todos los switches non RB, que no se encuentren directamente conectados al RB, deben hallar el Root Port. En cada segmento Ethernet que no esté conectado directamente al RB, debe haber un Designated Router, que posee un puerto en estado Designated Port, el cual nos brinda el menor costo hacia el RB. 4. Luego de este proceso de convergencia, todos los puertos que no son Root Port, o bien Designated Ports, son colocados en estado blocking.
STP -Convergencia- Lo primero que realizan los Switches, es la elección de un Root Bridge –RB- por medio del intercambio de BPDUs de STP. Se torna RB, el que posea menor prioridad, por ende entre un SW con prioridad 100, y otro con prioridad 200, se coloca como RB el que posee el Bridge ID con 100. En caso de que haya una paridad en el campo, el parámetro que desempata es la MAC address, por ende el que posea la MAC más baja, es el RB de la instancia. Tenga en cuenta, que al iniciar el proceso, todos los Sws intentan colocarse como RB, anunciándose como el que tiene el menor BID, o sea el mejor. Veamos el proceso en la figura: Como vemos en la Figura, el SW 1 se anuncia como RB, y por medio de un Hello lo informa a SW2, el cual al tener un mayor BID, lo acepta y anuncia a SW3 (que también se anunciaba como RB). Al recibir el Hello de SW 1, SW 3 entiende que no puede ser RB, y cambia el valor en el BPDU siguiente. Luego de la convergencia, solo el RB envía Hello, mientras que el resto de los SW solo los reenvían. SW1 SW2 Cost to Root: 0RB BID: 32769: 0200.0001.0001BID:32769:0200.0001.0001 Cost to Root: 4RB BID: 32769: 0200.0001.0001BID:32769:0200.0002.0002 G0/1 G0/2 G0/1 G0/2 G0/1 G0/2 Cost to Root: 0RB BID: 32769: 0200.0003.0003BID:32769:0200.0003.0003 Cost to Root: 0RB BID: 32769: 0200.0003.0003BID:32769:0200.0003.0003 SW3
STP –Convergencia- Ahora el SW 1 se enuncia en los BPDU como RB, mientras que el SW 2 y 3, reenvían los BPDU que reciben, por las interfaces conectadas en cada segmento. Ahora el protocolo, debe hallar el Root Port. Cada Non RB, debe elegir uno y solo un Root Port de todas sus interfaces. Este puerto es el que presenta menor costo hacía el RB. Para determinar el Root Port, el SW agrega por la interface que recibe el Hello, el costo anunciado por el vecino STP, más el costo de la interface hacia este SW que anuncia. SW1 SW2 Cost to Root: 0RB BID: 32769: 0200.0001.0001BID:32769:0200.0001.0001 Cost to Root: 4RB BID: 32769: 0200.0001.0001BID:32769:0200.0002.0002 G0/1 G0/2 G0/1 G0/2 G0/1 G0/2 Puerto ROOT Cost to Root: 5RB BID: 32769: 0200.0001.0001BID:32769:0200.0003.0003 SW3 Puerto designado Puerto bloqueado
STP -Convergencia- Veamos lo mencionado en la figura: El SW 3 recibe dos Hellos: uno de SW 1 que indica un costo de 0 hacia el RB; y otro de SW 2 que indica un costo de 4. El SW 3 procede a agregar sus propios costos ( 5 y 4 respectivamente), y calcula cual es el puerto que debe colocarse como Root Port, por tener el mejor costo. El SW 2, realiza la misma acción, y determina que la g0/2 es la interface que se conecta al RB con el costo más bajo, por ende la elige. SW1 SW2 Cost to Root: 0RB BID: 32769: 0200.0001.0001BID:32769:0200.0001.0001 Cost to Root: 4RB BID: 32769: 0200.0001.0001BID:32769:0200.0002.0002 G0/1 G0/2 G0/1 G0/2 G0/1 G0/2 SW3 Cost to Root: 5RB BID: 32769: 0200.0001.0001BID:32769:0200.0003.0003 Cost to Root: 8 (4 + 4)RB BID: 32769: 0200.0001.0001BID:32769:0200.0003.0003
STP -Convergencia- Ahora, deben elegirse los Designated Ports (uno por segmento), y los Blocking Ports: El Designated Port, es el puerto dentro de un segmento LAN, que advierte el menor costo hacía el RB (el RP es que menor costo tiene hacia el RB, a diferencia de este). Cuando un Non RB, envía un Hello por una interface, setea el costo hacia el RB en el frame, de modo de advertir a los vecinos el costo. En este caso, el DP en el segmento entre SW 2 y SW 3, es el g0/1 de SW 2 debido a que anuncia un menor costo hacia el RB (en caso de que hubiesen sido iguales, hubiese ganado el que tenga el mejor BID). SW1 SW2 Cost to Root: 0RB BID: 32769: 0200.0001.0001BID:32769:0200.0001.0001 Cost to Root: 4RB BID: 32769: 0200.0001.0001BID:32769:0200.0002.0002 G0/1 G0/2 G0/1 G0/2 X G0/1 G0/2 SW3 Cost to Root: 5RB BID: 32769: 0200.0001.0001BID:32769:0200.0003.0003 Cost to Root: 8 (4 + 4)RB BID: 32769: 0200.0001.0001BID:32769:0200.0003.0003
STP -Cambios en la Topología- • En operación normal, el RB envía cada 2 segundos frames de Hello, con un costo 0 por todos los puertos, o sea por cada Designated Port. • Los Non RB, reciben el Hello por el Root Port, y envían por sus Designated Port el Hello, cambiando el costo hacia el RB y el Sender BID. Tenga en cuenta que el Root BID, solo se envía mientras la red está intentando converger. • Esto sucede indefinidamente, hasta que la red sufre alguna anomalía y cambia. • La ausencia de Hellos en las interfaces de los SW, indican que algo está fallando. Estos se dan cuenta de los cambios, debido a que manejan 3 timers que hemos mencionado oportunamente. Estos son: • Hello, son los updates. • Max Age, tiempo que espera antes de evaluar un cambio. • Forward Delay, tiempo que hay entre que una interface pasa de estado
STP -Cambios en la Topología- Imaginemos que el enlace entre, SW 1 y SW 3 falla, como vemos en la figura: El SW 3 se dará cuenta que el link falló, debido a que deja de recibir los Hello períodicos del SW 1, pero vencido el max age, el SW 3 observará que debe recalcular la topología. El SW 2, no sufre cambios, debido a que continua recibiendo los frames desde SW 1 periódicamente. Ahora el SW 3 ya no recibe directamente los Hellos, sino que los recibe vía el SW 2, que forwardea los mismos procedentes de SW 1. El SW 3, debe recalcular la topología, entendiendo aún, por el frame reenviado por SW 2, que el SW 1 continúa siendo el RB, por tener menos BID. SW1 SW2 Cost to Root: 0RB BID: 32769: 0200.0001.0001BID:32769:0200.0001.0001 Cost to Root: 4RB BID: 32769: 0200.0001.0001BID:32769:0200.0002.0002 G0/1 G0/2 G0/1 G0/2 X Puerto ROOT Puerto designado G0/1 G0/2 Puerto bloqueado SW3 Cost to Root: 5RB BID: 32769: 0200.0001.0001BID:32769:0200.0003.0003 Cost to Root: 8 (4 + 4)RB BID: 32769: 0200.0001.0001BID:32769:0200.0003.0003
STP -Cambios en la Topología- SW 3 debe hallar el nuevo Root Port, que fácilmente lo encuentra al ver que el menor costo hacia el RB es el que entrega el SW 2, con un costo de 4, vía la g0/2. Entiendase, que el SW 3 solo recibe Hello por la única interface del anillo, por ende, no tiene más opción que elegir la mencionada interface. La transición entre el estado Blocking y el estado Forwading, de la interface g0/2, no es automática, sino que la misma, atraviesa por dos estados: el de Listening y el de Learning., ambos estados utilizando el Forward Delay. Entre el proceso de detección de la caída de un link, y la nueva convergencia, pueden pasar hasta 30, lo que da como resultado para STP, un tiempo total de convergencia, de aproximadamente 50 segundos. SW1 SW2 Cost to Root: 0RB BID: 32769: 0200.0001.0001BID:32769:0200.0001.0001 Cost to Root: 4RB BID: 32769: 0200.0001.0001BID:32769:0200.0002.0002 G0/1 G0/2 G0/1 G0/2 Puerto ROOT Puerto designado G0/1 G0/2 Puerto bloqueado SW3 Cost to Root: 5RB BID: 32769: 0200.0001.0001BID:32769:0200.0003.0003 Cost to Root: 8 (4 + 4)RB BID: 32769: 0200.0001.0001BID:32769:0200.0003.0003
STP -Estados de los Puertos- • Los puertos, tanto cuando encienden, como cuando convergen, atraviesan esta serie de estados. • Blocking: un puerto en este estado, no forwardea ningún tipo de paquete, pero sin embargo solo escucha los BPDUs que recibe de otros pares, evitando de esta manera loops de nivel 2. Todos los puertos se encuentran en blocking, cuando el switch se enciende. • Listening: antes de pasar a forwading, un puerto se coloca en este estado, en donde recibe BPDUs, aunque a pesar de ello aún no pobla su tabla MAC. • Learning: un puerto en este estado, escucha los BPDUs, y aprende todos los caminos hacia los destinos, de manera de ir poblando la tabla MAC, a los fines de colocarse en forwarding de manera veloz. A pesar de ello, aún no envía paquetes. • Forwarding: este estado permite al puerto, que puede ser root port o designated port, enviar frames a la red de nivel 2, participando activamente del proceso de selección del mejor camino. • Disabled: es un puerto que no participa del proceso de STP, por ende ni siquiera escucha BPDUs.
Permanece en color ambarRecibe BPDUDescarta tramas de datosNo aprende direccionesTarda hasta 20 segundos en cambiar al estado de escuchar Bloquear Titila en ámbarEscucha BPDUNo envía las tramasNo aprende direcciones MACDetermina si el switch tiene mas de un puerto en trunk que pueda crear un LOOP: *Si tiene un LOOP: Regresa al estado de bloqueo. *Si no tiene LOOP: realiza transiciones hasta el estado de aprendizajeTarda 15 segundos en realizar transición (Forward Delay). Escuchar • Titila en ámbarProcesa BPDUAprende las direcciones MAC del trafico recibidoNo envia tramasToma 15 segundos hasta la transicion de envío (Forward Delay). Aprender • Titila en verdeProcesa BPDUAprende las direcciones MACEnvía las tramas Reenvío
1. Ámbar - Bloquear 2. Ámbar titilante - Escuchar 3. Ámbar titilante - Aprender 4. Verde titilante - Envio Total = 50 segundos
STP -Comandos Útiles- • Existen varios comandos útiles para verificar el funcionamiento de Spanning Tree. • show spanning-tree: muestra el ID de raíz, el ID del puente y el estado de los puertos. • show spanning-tree summary: muestra un resumen del estado de los puertos. • show spanning-tree root: muestra el estado y la configuración del puente raíz. • show spanning-tree detail: muestra información detallada sobre los puertos. • show spanning-tree interface: muestra la configuración y el estado de la interfaz de STP. • show spanning-tree blockedports: muestra los puertos bloqueados.
STP -Optional Features- • PortFast: STP PortFast hace que los puertos de acceso pasen de inmediato al estado de envío, y evitan los estados de escucha y aprendizaje. El uso de PortFast en los puertos de acceso que están conectados a una sola estación de trabajo o un servidor permite que estos dispositivos se conecten a la red de inmediato, en lugar de esperar la convergencia de STP. • UplinkFast: STP UplinkFast acelera la elección de un nuevo puerto raíz cuando hay fallas en un enlace o switch, o cuando STP se reconfigura. El Alternate pasa de inmediato al estado de envío, sin pasar por los estados de escucha y aprendizaje, como sucedería en el procedimiento normal de STP. • BackboneFast: sucede cuando el SW recibe un BPDU inferior donde se anuncia otro RB. En ese caso, el SW receptor del BDPU, realiza un LRQ al RB, a los fines de que confirme si continúa siendo el Root. • PortFast, UplinkFast y BackboneFast son propiedad de Cisco y, por lo tanto, no pueden utilizarse si la red incluye switches de otros fabricantes. Asimismo, todas estas funciones deben configurarse. • STP Root Guard: permite a una interface recibir Hello de STP, pero impide que cualquier equipo detrás de la misma, se coloque como RB. En caso de que reciba un peor BID, lo ignora.
RSTP • IEEE 802.1w es la evolución de STP, propuesta por la IEEE, para solución el problema de la convergencia lenta de la primera edición del protocolo. Trabaja de manera similar a STP, en los siguientes aspectos: • Elige un Root Bridge en la topología. • Elige un Root Port en cada Non Root Bridge. • Elige un Designated Port en cada segmento. • Coloca en estado normal, las interfaces en Blocking State o Forwarding State. • Las diferencias entre RSTP, y la versión original, es que: • RSTP no espera el max age de 20 seg. para comenzar a analizar eventos, sino que con 3 Hello times, le basta para comenzar a buscar cambios. • Elimina el Forward Delay. • Converge en aproximadamente menos de 10 segundos. • Todos los SW generan sus propios BDPUs.
RSTP • RSTP, determina tres tipos de conexiones físicas a nivel 2 del modelo OSI, estas son: • Link Type Point to Point: entre dos SW. • Lynk Type Shared: link contra un Hub, o bien dos conexiones iguales entre dos SWs, sin usar Etherchannel. • Edge Type: simil PortFast. Edge Edge Point to Point Shared Shared Edge
RSTP -Roles de los Puertos- • Veamos las diferencias, entre los estados de los puertos de STP, y los de RSTP. • Vemos como diferencia dos estados: • El estado Blocking, ahora se denomina Discarding. • No existe más el estado Listening, y solo se emplea el estado de Learning entre Discarding y Forwarding, lo cual agiliza el proceso de convergencia.
RSTP –Roles de los Puertos- A los ya conocidos roles de los puertos de STP, RSTP agrega 3 roles más: Alternate, Backup y Disabled (que es lo mismo que shutdown). Veamos la figura: El Alternate Port, es básicamente un Root Port de reemplazo, en caso de que el RP actual pierda conectividad. Estos son puertos que reciben, BDPU peores que el del RP, pero que sin embargo es útil tener en cuenta a la hora de un proceso de convergencia. El concepto de Back Up Port, solo aplica en los casos que el SW tiene dos vínculos en el mismo dominio de colísión. SW1 SW2 G0/1 G0/2 X G0/1 G0/2 Puerto ROOT G0/1 G0/2 Puerto designado SW3 Puerto Alternate Puerto Back Up
RSTP -Roles de los Puertos- Veamos las diferencias entre los roles de STP y RSTP.
RSTP -Convergencia- • RTSP, funciona levemente de una manera diferente a como lo hace STP. Por ejemplo, los Hellos no son enviados solo por el RB, sino que en RSTP, todos los switches de la topología participan activamente, enviando sus propios BPDUs. • Igualmente, la principal diferencia entre ambas versiones ocurre, cuando se presenta una anomalía o cambio en la red. Esta convergencia, se ve afectada según el tipo de puerto: • Los Edge Types, inmediatamente son puestos como Forwarding cuando la topología cambia, tal como lo hacemos cuando configuramos PortFast. Configurando PortFast en un puerto, habilitamos el RSTP. • Acerca de los Point to Point link, RSTP mejora de gran forma la convergencia, al variar el parámetro max age. En vez de esperar la ausencia de 10 Hellos, RSTP solo aguarda la perdida de 3, eliminando la necesidad de pasar por el estado de Listening.
RSTP -Convergencia- Veamos un ejemplo para terminan de comprender los conceptos mencionados. La red inicialmente no presenta redundancia, y por tal motivo, el administrador decide agregar un link entre el SW 1 y el SW 4. : Observe, que antes, el SW 4 poseía el Root Port hacia el SW 3, pero ahora con el nuevo link, recibe un mejor BDPU directamente desde SW 1, por ende debe comenzar el proceso de convergencia, a los fines de reutilizar el nuevo enlace con menor costo. El SW 4, ahora bloquea todos sus puertos, con el fin de crear un loop de nivel 2, mientras negocia con SW 1 el nuevo Root Port. Luego de comprender que posee un mejor costo, coloca inmediatamente en Forwarding el nuevo puerto. El concepto clave, es recordar que mientras el proceso de convergencia dure, el SW 4 le asegura al SW 1 que todos sus puertos se encontrarán bloqueados, para no generar un loop de capa 2.
RSTP -Convergencia- Veamos que sucede mientras negocian: Una vez que el SW 4 encontró el nuevo RP, ahora debe comenzar la negociación con el SW 3, que ahora recibirá dos BDPU con diferentes costos, la cual tiene como resultado la convergencia y cambio de estado en los puertos de SW 3. Luego de esto, el SW 3 negocia con el SW 2, pero al comparar ambas BDPUs, decidirá no tomar acción, y mantener sus puertos como lo estaban anteriormente, por tener un mejor costo. En blocking mientras negocien.
RSTP -Configuración- Vamos a mostrar un pequeño ejemplo, en donde se observa las configuraciones. SW1#sh spanning-tree VLAN0001 Spanning tree enabled protocol ieee Root ID Priority 32769 Address 0060.475D.20C0 Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec Bridge ID Priority 32769 (priority 32768 sys-id-ext 1) Address 00D0.BC04.5967 Aging Time 300 Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type ---------------- ---- --- --------- -------- -------------------------------- Fa0/17 Altn BLK 19 128.3 Shr Fa0/16 Root FWD 19 128.3 Shr Fa0/11 Desg FWD 19 128.3 Shr Como vemos la salida nos entrega, los tres parámetros más importantes de STP, para la vlan 1: el RID, El Bridge ID propio y el estado y roles de las interfaces. Switch 1 Switch 2
RSTP -Configuración- Al verificar la configuración para la vlan 1, podemos observar que los dos primeros parámetros son diferentes. Esto indica que el SW de la izquierda, SWCTECH, no es el Root Bridge, ya que a pesar de poseer la misma priodidad, posee una dirección física más grande. En relación a la tercer salida del comando, vemos que el SW que no es Root, posee el puerto 11 por Designated Port, debiéndose esto a que no hay otros Switches en el dominio o segmento que compitan con el para obtener tal acción. Como resultado de esto, el port f0/11, envía Hellos hacia el segmento, anunciando el mejor costo hacia el root. El mismo SW, posee dos interfaces conectadas al SW Root, por ende deberá elegir cual de las dos interfaces fastethernet será blocking y cual Root Port. Como el costo es el mismo (19), y la Prioridad también, el SW debe buscar un parámetro interno que le permita desempatar. Para ello, siempre busca la interface más baja, en este caso la fa0/16 para colocarla como Root Port, y a la vez como forwarding. Como la interface fa0/17 no es RP o Designated Port, no tiene opción el SW, más que poner la misma interface en Alternate Port, y por ende en estado Blocking.
RSTP -Port Cost- Podemos modificar el costo ST de la IEEE, acerca de una interface, de modo de que el tráfico circule por el camino que nosotros decidamos, interfiriendo en el proceso de STP. Observe como reconverge el protocolo al cambiar el costo. Esto lo realizamos de la siguiente manera:
RSTP -Root Primary- • Modificando el Root Primary, podemos hacer que el SW, se coloque como Root Bridge de la topología completa, o bien para una vlan determinada, la 3 en el caso del ejemplo de Cisco: • Al tipear estos comandos, el SW va a proceder de la siguiente manera: • Asignará una Prioridad de 24576 (plus el número de vlan), si el BID del RB es mayor. • En caso de que el BID del RB sea menor, se emplea uno menor en un valor de 4096. • Si agregamos el comando “spanning-tree vlan 3 root secondaty”, el SW busca un valor levemente inferior, que le permita transformarse en RB, si el actual falla.
