Implementando o Protocolo Spanning Tree

1. Implementando o Protocolo Spanning Tree Comutação de Rede Local e Sem Fio – Capítulo 5

2. Objetivos • Explicar a função da redundância em uma rede convergida. • Resumir o funcionamento do STP para eliminar loops de Camada 2 em uma rede convergida. • Explicar como o algoritmo STP utiliza três etapas para convergir em uma topologia sem loop. • Implementar o rapid PVST+ em uma rede local para impedir loops entre os switches redundantes.

3. Topologias Redundantes de Camada 2 • Redundância • Problema encontrado em redes de modelo plano • A redundância de camada 2 aprimora a disponibilidade da rede adicionando caminhos alternativos • O design hierárquico auxilia a resolver o problema da falta de redundância Ver animação 5.1.1 (1)

4. Topologias Redundantes de Camada 2 • Design Redundante • A redundância é obtida nas camadas de distribuição e núcleo • O STP está em ação e definiu portas no estado de bloqueio e portas no estado de encaminhamento • A redundância fornece flexibilidade nas escolhas de caminho em uma rede • Permite que os dados sejam transmitidos independentemente da falha de um caminho ou dispositivo nas camadas de distribuição ou núcleo

5. Topologias Redundantes de Camada 2 • Design Redundante • Falha de um dos links da camada de acesso para a camada de distribuição

6. Topologias Redundantes de Camada 2 • Design Redundante • Falha de um dos links da camada de distribuição para a camada de núcleo

7. Topologias Redundantes de Camada 2 • Design Redundante • Falha de um switch da camada de distribuição

8. Topologias Redundantes de Camada 2 • Design Redundante • Falha de um switch da camada de núcleo

9. Topologias Redundantes de Camada 2 • Loops de Camada 2 • Considerações para habilitar redundância • Se o STP for desabilitado, pode ocorrer um loop de camada 2 • Quadros ethernet não possuem TTL, podem ficar no loop indefinidamente • Quadros de broadcast são encaminhados em todas as portas e podem ficar no loop ininterrupto • Loops resultam em carga deCPU nos swtiches • Interfere na tabela deendereços MAC dos switches • O aumento de quadros podegerar uma tempestadade debroadcast Ver animação 5.1.2 (1)

10. Topologias Redundantes de Camada 2 • Tempestade de Broadcast (Broadcast Storm) • Ocorre quando existem tantos quadros de broadcast em um loop de camada 2 que toda largura de banda disponível é consumida • Não haverá largura de banda para o tráfego legítimo • É inevitável em uma rede com loops • Leva a falha do dispostivodevido ao alto processamentoexigido pelo grande númerode pacotes Ver animação 5.1.2 (2)

11. Topologias Redundantes de Camada 2 • Quadros Unicast Duplicados • Loops podem resultar na chegada de quadros duplicados ao dispositivo de destino Ver animação 5.1.2 (3)

12. Topologias Redundantes de Camada 2 • Problemas de redundância • Loops no wiring closet • Comum de acontecer em redes não hierárquicas • Cabos desaparecem no nas paredes, pisos e tetos e podem confundir no momento de conectá-los a rede • Importante identificar os cabos de forma a identificar o destino de cada um

13. Topologias Redundantes de Camada 2 • Problemas de redundância • Loops no wiring closet

14. Topologias Redundantes de Camada 2 • Problemas de redundância • Loops no wiring closet

15. Topologias Redundantes de Camada 2 • Problemas de redundância • Loops no cubículo Atividade 5.1.3 (3)

16. Introdução ao STP • Topologia STP • Oferece uma topologia redundante • Remove da rede um ponto de falha como cabo de rede ou switch com defeito • Assegura que haja somente um caminho lógico entre todos os destinos • Bloqueia as portas intencionalmente para evitar os caminhos redundantes • BPDU (Bridge Protocol Data Unit) utilizados pelo STP não são bloqueados Ver animação 5.2.1 (1)

17. Introdução ao STP • Algoritmo STP • O STP utiliza o Algoritmo Spanning Tree (STA – Spanning Tree Algorithm) para determinar as portas que precisam ser bloqueadas • O STA designa um switch como raiz • Essa escolha é feita através da troca de BPDUs entre os switches, sendo o escolhido o que tive menor Bridge ID (BID) • BPDU – quadro de mensagem trocados pelos switches que contém o BID que identifica o switch • BID - contém um valor de prioridade, o endereço MAC do switch e um ID do sistema (opcional). O BID mais baixo é determinado pela combinação desses 3 campos • Depois de eleita bridge raiz, o STA calcula o caminho mais curto até ela • Neste período todo o tráfego da rede é bloqueado

18. Introdução ao STP • Algoritmo STP • Depois de determinado os caminhos, as portas dos switches serão configuradas com diferentes funções

19. Introdução ao STP • Bridge Raiz • Toda instância de spanning tree possui um switch designado como bridge raiz • Serve como ponto de referência para os cálculos que determinam quais caminhos serão bloqueados

20. Introdução ao STP • Bridge Raiz • BPDUs são envidos a cada 2 segundos • Campos do BID

21. Introdução ao STP • Melhores caminhos para a bridge raiz • As informações de caminho são determinadas somando os custos de portas individuais ao longo do caminho

22. Introdução ao STP • Melhores caminhos para a bridge raiz • Configurações

23. Introdução ao STP • Melhores caminhos para a bridge raiz

24. Introdução ao STP • Melhores caminhos para a bridge raiz • Verificar os custos Outro comando: show spanning-tree detail

25. Introdução ao STP • Campos BPDU • O quadro BPDU possui 12 campos distintos para comunicar informações de caminho e prioridade • Os primeiros quatro camposidentificam o protocolo, a versão,o tipo de mensagem e os flags destatus. • Os quatro campos seguintes sãoutilizados para identificar a bridgeraiz e o custo do caminho para abridge raiz. • Os últimos quatro campos sãotodos campos de temporizador,que determinam com quefreqüência as mensagens deBPDU são enviadas e por quantotempo as informações recebidaspelo processo de BPDU são retidas. Ver item 5.2.2 (1)

26. Introdução ao STP • BPDU de STP • Inicialmente cada switch presume que é raiz e seus quadros contém o BID do switch local como ID Raiz • Durante a troca de BPDUs a nova bridge raiz é definida e os custos dos caminhos atualizados Ver etapas do processo BPDU no item 5.2.2 (2)

27. Introdução ao STP • ID de Bridge • Utilizado para determinar a bridge raiz em um rede • O campo BID de um quadro BPDU contém 3 campos separados: • Prioridade de Bridge (1 a 65536) • ID de sistema estendido • Endereço MAC Decisão baseada no endereço MAC Decisão baseada na Prioridade

28. Introdução ao STP • ID de Bridge • Configurar o BID

29. Introdução ao STP • ID de Bridge • Verificar o BID

30. Introdução ao STP • Funções de Porta • O local da bridge raiz na topologia de rede determina como as funções de porta são calculadas • Existem quatro funções de porta: • Porta Raiz • Porta Designada • Porta não Designada • Porta Desabilitada

31. Introdução ao STP • Funções de Porta • Porta Raiz • Existem em bridges não-raiz • Porta do switch com o melhor caminho até a bridge raiz • Somente uma porta raiz é permitida por bridge Preenche a tabela MAC!

32. Introdução ao STP • Funções de Porta • Porta Designada • Existe em bridge raiz e não raiz • Na bridge raiz, todas as portas são designadas • Em bridge não raiz, uma porta designada é a porta de switch que recebe e encaminha os quadros para a bridge raiz • Permite-se somente uma porta designada por segmento. Se vários switches existirem no mesmo segmento Preenche a tabela MAC!

33. Introdução ao STP • Funções de Porta • Porta não Designada • A porta não-designada é uma porta de switch que está bloqueada • Uma porta não-designada não é uma porta raiz ou uma porta designada • Para algumas variantes de STP, a porta não-designada é chamada de porta alternativa NÃO preenche a tabela MAC!

34. Introdução ao STP • Funções de Porta • A determinação da função é atribuída pelo STA • Ao determinar a porta raiz em um switch, ele compara os custos de caminho em todas as portas que participal do spanning tree • A porta com o menor custo de caminho até a bridge raiz é atribuída com porta raiz • Quando existem duas portas com o mesmo custo de caminho o valor de prioridade de porta personailzável é utilizado, ou a que tiver o ID de porta mais baixo se o valor da prioridade for o mesmo

35. Introdução ao STP • Funções de Porta • Configuração da Prioridade • Os valores de prioridade de porta variam de 0 a 240, em acréscimos de 16 • O valor de prioridade de porta padrão é 128

36. Introdução ao STP • Funções de Porta Ver item 5.2.4 (4)

37. Introdução ao STP • Funções de Porta • Verificando as funções de porta e prioridade de porta

38. Introdução ao STP • Estados de Porta • O spanning tree é determinado através das informações obtidas pela troca de quadros de BPDU entre os switches interconectados • Se uma porta de switch fosse fazer a transição diretamente do estado de bloqueio para o estado de encaminhamento, a porta poderia criar temporariamente um loop de dados se o switch não soubesse de todas as informações da topologia neste momento. • Por esta razão, o STP introduz cinco estados de porta • Bloqueio • Escuta • Aprendizagem • Encaminhamento • Desabilitado

39. Introdução ao STP • Estados de Porta

40. Introdução ao STP • Temporizadores BPDU

41. Introdução ao STP • Durante uma mudança de topologia, uma porta implementa temporariamente os estados de escuta e aprendizagem por um período especificado chamado intervalo de atraso de encaminhamento. • Recomenda-se que os temporizadores de BPDU não sejam ajustados diretamente porque os valores foram otimizados para o diâmetro de sete switches.

42. Introdução ao STP • PortFast • Tecnologia da Cisco • Uma porta configurada como porta de acesso faz imediatamente a transição do estado de bloqueio para o estado de encaminhamento

43. Introdução ao STP • PortFast • Configuração

44. Introdução ao STP • PortFast • Verificação Atividade 5.2.5 (4)

45. Convergência do STP • Etapas da Convergência do STP • Tempo no qual será determinado qual switch será o bridge raiz • Tempo no qual são definidas as funções de porta eliminando os loops • Para facilitar o entendimento o processo foi dividido em três etapas: • Etapa 1. Eleger uma bridge raiz • Etapa 2. Eleger portas raiz • Etapa 3. Eleger portas designadas e não designadas

46. Convergência do STP • Etapa 1 • Eleger o bridge raiz

47. Convergência do STP • Etapa 1 • Verificar o bridge raiz

48. Convergência do STP • Etapa 1 • Verificar o bridge raiz

49. Convergência do STP • Etapa 2 • Eleger as portas raiz Quais portas são raiz?

50. Convergência do STP • Etapa 2 • Verificar as portas raiz