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El Spanning Tree Protocol ( STP ) es un protocolo de red que crea una topología lógica sin bucles para redes Ethernet . La función básica de STP es prevenir los bucles de puente y la radiación de difusión que resulta de ellos. El árbol de expansión también permite que un diseño de red incluya enlaces de respaldo que brinden tolerancia a fallas si falla un enlace activo.

Como sugiere el nombre, STP crea un árbol de expansión que caracteriza la relación de nodos dentro de una red de puentes de capa 2 conectados y deshabilita los enlaces que no forman parte del árbol de expansión, dejando una única ruta activa entre dos nodos de red. STP se basa en un algoritmo que fue inventado por Radia Perlman mientras trabajaba para Digital Equipment Corporation . [1] [2]

En 2001, el IEEE introdujo el Protocolo de árbol de expansión rápida ( RSTP ) como 802.1w. RSTP proporciona una recuperación significativamente más rápida en respuesta a cambios o fallas en la red, introduciendo nuevos comportamientos de convergencia y roles de puerto puente para hacer esto. RSTP fue diseñado para ser compatible con versiones anteriores de STP estándar.

STP se estandarizó originalmente como IEEE 802.1D, pero la funcionalidad de árbol de expansión (802.1D), árbol de expansión rápido (802.1w) y árbol de expansión múltiple (802.1s) se ha incorporado desde entonces a IEEE 802.1Q-2014 . [3]

Operación de protocolo [ editar ]

Después de una falla en el enlace, el algoritmo del árbol de expansión calcula y amplía el nuevo árbol de menor costo.
Switches con implementación de Spanning Tree Protocol en una red de área local (LAN)

La necesidad del Protocolo de árbol de expansión (STP) surgió porque los conmutadores en las redes de área local (LAN) a menudo se interconectan mediante enlaces redundantes para mejorar la resistencia en caso de que falle una conexión. [4] : 386 Sin embargo, esta configuración de conexión crea un bucle de conmutación que produce radiaciones de difusión e inestabilidad de la tabla MAC . [4] : 388 Si se utilizan enlaces redundantes para conectar conmutadores, se deben evitar los lazos de conmutación. [4] : 385

Para evitar los problemas asociados con los enlaces redundantes en una LAN conmutada, STP se implementa en los conmutadores para monitorear la topología de la red. Se catalogan todos los enlaces entre conmutadores y, en particular, los enlaces redundantes. Luego, el algoritmo de árbol de expansión bloquea el reenvío en enlaces redundantes configurando un enlace preferido entre conmutadores en la LAN. Este enlace preferido se utiliza para todas las tramas de Ethernet a menos que falle, en cuyo caso se habilita un enlace redundante no preferido. Cuando se implementa en una red, STP designa un conmutador de capa 2 como puente raíz . Luego, todos los conmutadores seleccionan su mejor conexión hacia el puente raíz para el reenvío y bloquean otros enlaces redundantes. Todos los conmutadores se comunican constantemente con sus vecinos en la LAN utilizando unidades de datos de protocolo de puente (BPDU).[4] : 388

Siempre que haya más de un enlace entre dos conmutadores, el puente raíz STP calcula el costo de cada ruta en función del ancho de banda. STP seleccionará la ruta con el costo más bajo, que es el ancho de banda más alto, como el enlace preferido. STP habilitará este enlace preferido como la única ruta que se utilizará para las tramas Ethernet entre los dos conmutadores y deshabilitará todos los demás enlaces posibles designando los puertos del conmutador que conectan la ruta preferida como puerto raíz . [4] : 393

Después de que los conmutadores habilitados para STP en una LAN hayan elegido el puente raíz, todos los puentes que no son raíz asignan uno de sus puertos como puerto raíz. Este es el puerto que conecta el switch al puente raíz o, si hay varias rutas, el puerto con la ruta preferida calculada por el puente raíz. Debido a que no todos los conmutadores están conectados directamente al puente raíz, se comunican entre sí mediante las unidades de datos del protocolo STP Bridge.(BPDU). Cada conmutador agrega el costo de su propia ruta al costo recibido de los conmutadores vecinos para determinar el costo total de una ruta determinada al puente raíz. Una vez que se ha sumado el costo de todas las rutas posibles al puente raíz, cada conmutador asigna un puerto como puerto raíz que se conecta a la ruta con el costo más bajo o el ancho de banda más alto, que eventualmente conducirá al puente raíz. [4] : 394

Costo de ruta [ editar ]

Costo de ruta para diferentes velocidades de puerto y variación de STP
Velocidad de datosCosto STPCoste RSTP [5] : 154
(Ancho de banda de enlace)(802.1D-1998)(Valor predeterminado de 802.1D-2004)
4 Mbit / s2505,000,000
10 Mbit / s1002,000,000
16 Mbit / s621.250.000
100 Mbit / s19200.000
1 Gbit / s420.000
2 Gbit / s310,000
10 Gbit / s22.000
100 Gbit / sN / A200
1 Tbit / sN / A20

El costo predeterminado de la ruta STP se calculó originalmente mediante la fórmula 1 Gbit / s/banda ancha. Cuando estuvieron disponibles velocidades más rápidas, los valores predeterminados se ajustaron ya que, de lo contrario, las velocidades superiores a 1 Gbit / s habrían sido indistinguibles por STP. Su sucesor, RSTP, utiliza una fórmula similar con un numerador más grande:20 Tbit / s/banda ancha. Estas fórmulas conducen a los valores de muestra en la tabla. [5] : 154

Estados del puerto [ editar ]

Todos los puertos de conmutador en la LAN donde STP está habilitado están categorizados. [4] : 388

Bloqueo
Un puerto que provocaría un bucle de conmutación si estuviera activo. Para evitar el uso de rutas en bucle, no se envían ni reciben datos de usuario a través de un puerto de bloqueo. Los datos BPDU todavía se reciben en estado de bloqueo. Un puerto bloqueado puede pasar al modo de reenvío si los otros enlaces en uso fallan y el algoritmo del árbol de expansión determina que el puerto puede pasar al estado de reenvío.
Escuchando
El conmutador procesa las BPDU y espera una posible nueva información que haría que volviera al estado de bloqueo. No llena la tabla MAC y no reenvía tramas.
Aprendiendo
Si bien el puerto aún no reenvía tramas, aprende las direcciones de origen de las tramas recibidas y las agrega a la tabla MAC.
Reenvío
Un puerto en funcionamiento normal que recibe y envía tramas. El puerto monitorea las BPDU entrantes que indicarían que debería regresar al estado de bloqueo para evitar un bucle.
Desactivado
Un administrador de red ha desactivado manualmente el puerto del conmutador.

Cuando un dispositivo se conecta por primera vez a un puerto de conmutador, no comenzará a reenviar datos de inmediato. En su lugar, pasará por varios estados mientras procesa las BPDU y determina la topología de la red. El puerto conectado a un host, como una computadora, impresora o servidor, siempre pasa al estado de reenvío, aunque después de un retraso de aproximadamente 30 segundos mientras pasa por los estados de escucha y aprendizaje. El tiempo empleado en los estados de escucha y aprendizaje está determinado por un valor conocido como retardo de reenvío (predeterminado de 15 segundos y establecido por el puente raíz). Si otro interruptorestá conectado, el puerto puede permanecer en modo de bloqueo si se determina que causaría un bucle en la red. Las BPDU de notificación de cambio de topología (TCN) se utilizan para informar a otros conmutadores de cambios de puerto. Los TCN se inyectan en la red mediante un conmutador no raíz y se propagan a la raíz. Al recibir el TCN, el conmutador raíz establecerá el indicador de cambio de topología en sus BPDU normales. Este indicador se propaga a todos los demás conmutadores y les indica que caduquen rápidamente las entradas de la tabla de reenvío.

Configuración [ editar ]

Antes de configurar STP, se debe planificar cuidadosamente la topología de la red. [6] La configuración básica requiere que STP esté habilitado en todos los conmutadores de la LAN y que se elija la misma versión de STP en cada uno. El administrador puede determinar qué conmutador será el puente raíz y configurar los conmutadores de forma adecuada. Si el puente raíz deja de funcionar, el protocolo asignará automáticamente un nuevo puente raíz según el ID del puente. Si todos los conmutadores tienen el mismo ID de puente, como el ID predeterminado, y el puente raíz se cae, surge una situación de empate y el protocolo asignará un conmutador como puente raíz en función de las direcciones MAC del conmutador. Una vez que a los conmutadores se les ha asignado una ID de puente y el protocolo ha elegido el conmutador de puente raíz, se calcula la mejor ruta al puente raíz en función del costo del puerto, el costo de la ruta y la prioridad del puerto.[7] En última instancia, STP calcula el costo de la ruta sobre la base del ancho de banda de un enlace, sin embargo, los enlaces entre conmutadores pueden tener el mismo ancho de banda. Los administradores pueden influir en la elección del protocolo de la ruta preferida configurando el costo del puerto; cuanto menor sea el costo del puerto, más probable es que el protocolo elija el enlace conectado como puerto raíz para la ruta preferida. [8] La selección de cómo otros switches en la topología eligen su puerto raíz, o la ruta de menor costo al puente raíz, puede verse influenciada por la prioridad del puerto. La prioridad más alta significará que, en última instancia, el camino será menos preferido. Si todos los puertos de un conmutador tienen la misma prioridad, se elige el puerto con el número más bajo para reenviar tramas. [9]

Puente raíz e ID del puente [ editar ]

Una red de ejemplo. Los cuadros numerados representan puentes, es decir, conmutadores en una LAN. El número es el ID del puente. Las nubes con letras representan segmentos de la red. El ID de puente más pequeño es 3. Por lo tanto, el puente 3 es el puente raíz.

El puente raíz del árbol de expansión es el puente con el ID de puente más pequeño (más bajo). Cada puente tiene un número de prioridad configurable y una dirección MAC; el ID del puente es la concatenación de la prioridad del puente y la dirección MAC. Por ejemplo, el ID de un puente con prioridad 32768 y MAC 0200.0000.1111 es 32768.0200.0000.1111 . La prioridad de puente predeterminada es 32768 y solo se puede configurar en múltiplos de 4096. [a]Al comparar dos ID de puente, las porciones de prioridad se comparan primero y las direcciones MAC se comparan solo si las prioridades son iguales. El conmutador con la prioridad más baja de todos los conmutadores será la raíz; si hay un empate, entonces el switch con la prioridad más baja y la dirección MAC más baja será la raíz. Por ejemplo, si los conmutadores A (MAC = 0200.0000.1111 ) y B (MAC = 0200.0000.2222 ) tienen ambos una prioridad de 32768, el conmutador A se seleccionará como puente raíz. [b] Si los administradores de red desean que el switch B se convierta en el puente raíz, deben establecer su prioridad en menos de 32768. [c]

Camino al puente raíz [ editar ]

La secuencia de eventos para determinar la BPDU mejor recibida (que es la mejor ruta a la raíz) es:

  • ID de puente raíz más bajo (BID): determina el puente raíz.
  • El menor costo para el puente raíz: favorece el conmutador ascendente con el menor costo para rootear
  • ID de puente del remitente más bajo: funciona como un elemento de desempate si varios conmutadores ascendentes tienen el mismo costo para la raíz
  • ID de puerto del remitente más bajo: funciona como un elemento de desempate si un conmutador tiene varios enlaces (no Etherchannel) a un único conmutador ascendente, donde:
    • ID de puente = prioridad (4 bits) + extensión de ID de sistema asignada localmente (12 bits) + ID [dirección MAC] (48 bits); la prioridad de puente predeterminada es 32768, y
    • ID de puerto = prioridad (4 bits) + ID (número de interfaz) (12 bits); la prioridad de puerto predeterminada es 128.

Desempates [ editar ]

Enlace de ruta: La ruta de menor costo a la raíz desde el segmento de red e pasa por el puente 92. Por lo tanto, el puerto designado para el segmento de red e es el puerto que conecta el puente 92 con el segmento de red e.
Puertos raíz
Cuando varias rutas desde un puente son rutas de menor costo, la ruta elegida usa el puente vecino con el ID de puente más bajo. El puerto raíz es, por lo tanto, el que se conecta al puente con el ID de puente más bajo. Por ejemplo, en las figuras, si el conmutador 4 estuviera conectado al segmento de red d en lugar del segmento f, habría dos rutas de longitud 2 a la raíz, una ruta que pasa por el puente 24 y la otra por el puente 92. Porque hay dos rutas de menor costo, el ID de puente inferior (24) se usaría como desempate para elegir qué ruta usar.
Rutas
Cuando más de un puente en un segmento conduce a una ruta de menor costo a la raíz, el puente con el ID de puente más bajo se utiliza para reenviar mensajes a la raíz. El puerto que conecta ese puente al segmento de red es el puerto designado para el segmento. En las figuras, hay dos rutas de menor costo desde el segmento de red d hasta la raíz, una que pasa por el puente 24 y la otra por el puente 92. El ID de puente inferior es 24, por lo que el desempate dicta que el puerto designado es el puerto a través de qué segmento de red d está conectado al puente 24. Si los ID de puente fueran iguales, entonces el puente con la dirección MAC más baja tendría el puerto designado. En cualquier caso, el perdedor establece el puerto como bloqueado.
Puertos designados
Cuando el puente raíz tiene más de un puerto en un solo segmento de LAN, el ID del puente está efectivamente vinculado, al igual que todos los costos de ruta raíz (todos iguales a cero). El puerto en ese segmento de LAN con el ID de puerto más bajo se convierte en el puerto designado. Se pone en modo de reenvío, mientras que todos los demás puertos del puente raíz en ese mismo segmento de LAN se convierten en puertos no designados y se ponen en modo de bloqueo. [11] No todos los fabricantes de puentes siguen esta regla, sino que designan todos los puertos del puente raíz como puertos y los ponen a todos en modo de reenvío. [ cita requerida ]
Desempate final
En algunos casos, todavía puede haber un empate, como cuando el puente raíz tiene múltiples puertos activos en el mismo segmento de LAN (ver arriba) con costos de ruta raíz e ID de puente igualmente bajos, o, en otros casos, múltiples puentes están conectados por múltiples cables y múltiples puertos. En cada caso, un solo puente puede tener varios candidatos para su puerto raíz. En estos casos, los candidatos para el puerto raíz ya han recibido BPDU que ofrecen costos de ruta raíz igualmente bajos (es decir, los "mejores") e ID de puente igualmente bajos (es decir, los "mejores"), y el desempate final va al puerto que recibió la ID de prioridad de puerto más baja (es decir, la "mejor"), o ID de puerto. [12]

Unidades de datos del protocolo de puente [ editar ]

Las reglas anteriores describen una forma de determinar qué árbol de expansión calculará el algoritmo, pero las reglas tal como están escritas requieren el conocimiento de toda la red. Los puentes tienen que determinar el puente raíz y calcular las funciones del puerto (raíz, designado o bloqueado) solo con la información que tienen. Para garantizar que cada puente tenga suficiente información, los puentes utilizan tramas de datos especiales llamadas Unidades de datos de protocolo de puente (BPDU) para intercambiar información sobre los ID de los puentes y los costos de la ruta raíz.

Un puente envía una trama BPDU utilizando la dirección MAC única del puerto en sí como dirección de origen y una dirección de destino de la dirección de multidifusión STP 01: 80: C2: 00: 00: 00 .

Hay dos tipos de BPDU en la especificación STP original [5] : 63 (la extensión Rapid Spanning Tree (RSTP) usa una BPDU RSTP específica):

  • Configuración BPDU (CBPDU), utilizada para el cálculo del árbol de expansión
  • BPDU de notificación de cambio de topología (TCN), que se utiliza para anunciar cambios en la topología de la red

Las BPDU se intercambian con regularidad (cada 2 segundos de forma predeterminada) y permiten que los conmutadores realicen un seguimiento de los cambios de red y para iniciar y detener el reenvío en los puertos según sea necesario. Para evitar la demora al conectar hosts a un conmutador y durante algunos cambios de topología, se desarrolló Rapid STP , que permite que un puerto de conmutador pase rápidamente al estado de reenvío durante estas situaciones.

Campos de unidad de datos del protocolo de puente [ editar ]

Las BPDU IEEE 802.1D e IEEE 802.1aq tienen el siguiente formato:

 1. ID de protocolo: 2 bytes (0x0000 IEEE 802.1D) 2. ID de versión: 1 byte (0x00 Config & TCN / 0x02 RST / 0x03 MST / 0x04 SPT BPDU)  3. Tipo de BPDU: 1 byte (0x00 STP Config BPDU, 0x80 TCN BPDU, 0x02 RST / MST Config BPDU) 4. Banderas: 1 byte bits: uso 1: 0 o 1 para cambio de topología 2: 0 (sin usar) o 1 para propuesta en RST / MST / SPT BPDU 3-4: 00 (sin usar) o 01 para rol de puerto alternativo / respaldo en RST / MST / SPT BPDU 10 para la raíz del rol de puerto en RST / MST / SPT BPDU 11 para el rol de puerto designado en RST / MST / SPT BPDU 5: 0 (sin usar) o 1 para aprendizaje en RST / MST / SPT BPDU 6: 0 (sin usar) o 1 para reenvío en RST / MST / SPT BPDU 7: 0 (sin usar) o 1 para acuerdo en RST / MST / SPT BPDU 8: 0 o 1 para reconocimiento de cambio de topología 5. ID de raíz: 8 bytes (ID de raíz CIST en MST / SPT BPDU) bits: uso 1-4: Prioridad del puente raíz 5-16: Extensión de ID del sistema de puente raíz 17-64: Dirección MAC del puente raíz 6. Costo de ruta raíz: 4 bytes (costo de ruta externa CIST en MST / SPT BPDU) 7. ID de puente: 8 bytes (ID de raíz regional CIST en MST / SPT BPDU) bits: uso 1-4: Prioridad de puente  5-16: Extensión de ID del sistema de puente 17-64: Dirección MAC del puente 8. ID de puerto: 2 bytes 9. Edad del mensaje: 2 bytes en 1/256 segundos 10. Edad máxima: 2 bytes en 1/256 segundos 11. Tiempo de saludo: 2 bytes en 1/256 segundos 12. Retraso de reenvío: 2 bytes en 1/256 segundos 13. Versión 1 Longitud: 1 byte (0x00 sin información de protocolo de la versión 1 presente. Solo RST, MST, SPT BPDU) 14. Versión 3 Longitud: 2 bytes (MST, SPT BPDU solamente)  El TCN BPDU incluye los campos 1-3 solamente.

Estándares del protocolo de árbol de expansión [ editar ]

El primer protocolo de árbol de expansión fue inventado en 1985 en Digital Equipment Corporation por Radia Perlman . [1] En 1990, el IEEE publicó el primer estándar para el protocolo como 802.1D, [13] basado en el algoritmo diseñado por Perlman. Las versiones posteriores se publicaron en 1998 [14] y 2004, [15]incorporando varias extensiones. El Spanning Tree Protocol original inspirado en Perlman, llamado DEC STP, no es un estándar y se diferencia de la versión IEEE en el formato de mensaje, así como en la configuración del temporizador. Algunos puentes implementan las versiones IEEE y DEC del protocolo de árbol de expansión, pero su interfuncionamiento puede crear problemas para el administrador de la red, como lo ilustra el problema discutido en un documento de Cisco en línea. [dieciséis]

No se garantiza que funcionen diferentes implementaciones de un estándar, debido, por ejemplo, a las diferencias en la configuración predeterminada del temporizador. El IEEE alienta a los proveedores a proporcionar una " Declaración de conformidad de implementación de protocolo ", declarando qué capacidades y opciones se han implementado, [15] para ayudar a los usuarios a determinar si las diferentes implementaciones funcionarán correctamente.

Protocolo de árbol de expansión rápida [ editar ]

No confundir con el protocolo de transmisión en tiempo real .

En 2001, el IEEE introdujo el Protocolo de árbol de expansión rápida (RSTP) como 802.1w. RSTP proporciona una convergencia de árbol de expansión significativamente más rápida después de un cambio de topología, lo que introduce nuevos comportamientos de convergencia y roles de puerto puente para hacer esto. RSTP fue diseñado para ser compatible con versiones anteriores de STP estándar.

Mientras que STP puede tardar de 30 a 50 segundos en responder a un cambio de topología, RSTP normalmente puede responder a los cambios dentro de 3 veces el tiempo de saludo (predeterminado: 3 veces 2 segundos) o dentro de unos pocos milisegundos de una falla de enlace físico. El tiempo de saludo es un intervalo de tiempo importante y configurable que RSTP utiliza para varios propósitos; su valor predeterminado es 2 segundos. [17] [18]

El estándar IEEE 802.1D-2004 incorpora RSTP y deja obsoleto el estándar STP original. [19]

Operación rápida del árbol de expansión [ editar ]

RSTP agrega nuevas funciones de puerto de puente para acelerar la convergencia después de una falla en el enlace. El número de estados en los que puede estar un puerto se ha reducido a tres en lugar de los cinco originales de STP.

Roles del puerto del puente RSTP:

  • Raíz : un puerto de reenvío que es el mejor puerto desde el puente no raíz hasta el puente raíz.
  • Designado : un puerto de reenvío para cada segmento de LAN
  • Alternate : una ruta alternativa al puente raíz. Esta ruta es diferente a usar el puerto raíz.
  • Copia de seguridad : una ruta de copia de seguridad / redundante a un segmento donde ya se conecta otro puerto de puente
  • Discapacitados - No es estrictamente parte de STP, un administrador de red puede desactivar manualmente un puerto

Estados del puerto del conmutador RSTP:

  • Descartando : no se envían datos de usuario a través del puerto
  • Aprendizaje : el puerto aún no está reenviando tramas, pero está completando su tabla de direcciones MAC
  • Reenvío : el puerto está en pleno funcionamiento

Detalles operativos de RSTP:

  • La detección de la falla del conmutador raíz se realiza en 3 tiempos de saludo, que son 6 segundos si no se han cambiado los tiempos de saludo predeterminados.
  • Los puertos pueden configurarse como puertos de borde si están conectados a una LAN que no tiene otros puentes conectados. Estos puertos de borde pasan directamente al estado de reenvío. RSTP aún continúa monitoreando el puerto en busca de BPDU en caso de que se conecte un puente. RSTP también se puede configurar para detectar automáticamente los puertos de borde. Tan pronto como el puente detecta que una BPDU llega a un puerto de borde, el puerto se convierte en un puerto que no es de borde.
  • RSTP llama a la conexión entre dos o más conmutadores como una conexión de "tipo de enlace". Se asume que un puerto que opera en modo dúplex completo es un enlace punto a punto, mientras que un puerto semidúplex (a través de un concentrador) se considera un puerto compartido de forma predeterminada. Esta configuración de tipo de enlace automático se puede anular mediante una configuración explícita. RSTP mejora la convergencia en los enlaces punto a punto reduciendo el tiempo de Max-Age a 3 veces el intervalo de saludo, eliminando el estado de escucha de STP e intercambiando un protocolo de enlace entre dos conmutadores para hacer una transición rápida del puerto al estado de reenvío. RSTP no hace nada diferente de STP en los enlaces compartidos.
  • A diferencia de STP, RSTP responderá a las BPDU enviadas desde la dirección del puente raíz. Un puente RSTP "propondrá" su información de árbol de expansión a sus puertos designados. Si otro puente RSTP recibe esta información y determina que esta es la información de raíz superior, establece todos sus otros puertos para descartar. El puente puede enviar un "acuerdo" al primer puente confirmando su información superior de árbol de expansión. El primer puente, al recibir este acuerdo, sabe que puede hacer una transición rápida de ese puerto al estado de reenvío sin pasar por la transición del estado de escucha / aprendizaje tradicional. Esto esencialmente crea un efecto en cascada lejos del puente raíz donde cada puente designado propone a sus vecinos para determinar si puede hacer una transición rápida.Este es uno de los elementos principales que permite a RSTP lograr tiempos de convergencia más rápidos que STP.
  • Como se discutió anteriormente en los detalles de la función del puerto, RSTP mantiene los detalles de respaldo con respecto al estado de descarte de los puertos. Esto evita tiempos de espera si fallaran los puertos de reenvío actuales o no se recibieran BPDU en el puerto raíz en un cierto intervalo.
  • RSTP volverá a STP heredado en una interfaz si se detecta una versión heredada de una BPDU STP en ese puerto.

Estándares del protocolo de árbol de expansión para VLAN [ editar ]

STP y RSTP no segregan los puertos del conmutador por VLAN. [20] Sin embargo, en entornos conmutados de Ethernet donde existen múltiples LAN virtuales (VLAN), a menudo es deseable crear múltiples árboles de expansión para que el tráfico de diferentes VLAN utilice diferentes enlaces.

Estándares de VLAN de árbol de expansión propietarios [ editar ]

Antes de que IEEE publicara un estándar de protocolo de árbol de expansión para VLAN, varios proveedores que vendían conmutadores con capacidad para VLAN desarrollaron sus propias versiones del protocolo de árbol de expansión que eran compatibles con VLAN. Cisco desarrolló, implementó y publicó el protocolo propietario Per-VLAN Spanning Tree (PVST) utilizando su propio Inter-Switch Link (ISL) patentado para la encapsulación de VLAN y PVST + que usa 802.1QEncapsulación de VLAN. Ambos estándares implementan un árbol de expansión independiente para cada VLAN. Los conmutadores de Cisco ahora implementan comúnmente PVST + y solo pueden implementar árboles de expansión para VLAN si los otros conmutadores en la LAN implementan el mismo protocolo VLAN STP. Muy pocos conmutadores de otros proveedores admiten los diversos protocolos patentados de Cisco. HP ofrece compatibilidad con PVST y PVST + en algunos de sus conmutadores de red. [21] Algunos dispositivos de Force10 Networks , Alcatel-Lucent , Extreme Networks , Avaya , Brocade Communications Systems y BLADE Network Technologies son compatibles con PVST +. [22] [23] [24]Extreme Networks lo hace con dos limitaciones: Falta de soporte en puertos donde la VLAN no está etiquetada / nativa, y también en la VLAN con ID 1. PVST + puede hacer un túnel a través de una región MSTP . [25]

El proveedor de conmutadores Juniper Networks a su vez desarrolló e implementó su VLAN Spanning Tree Protocol (VSTP) para brindar compatibilidad con el PVST de Cisco, de modo que los conmutadores de ambos proveedores se puedan incluir en una LAN. [20] El protocolo VSTP solo es compatible con las series EX y MX de Juniper Networks. Hay dos restricciones para la compatibilidad de VSTP:

  1. VSTP admite solo 253 topologías de árbol de expansión diferentes. Si hay más de 253 VLAN, se recomienda configurar RSTP además de VSTP, y las VLAN más allá de la 253 serán manejadas por RSTP.
  2. MVRP no es compatible con VSTP. Si este protocolo está en uso, la membresía de VLAN para interfaces troncales debe configurarse estáticamente [1] .

De forma predeterminada, VSTP usa el protocolo RSTP como su protocolo de árbol de expansión central, pero el uso de STP puede forzarse si la red incluye puentes antiguos [2] . Se publicó más información sobre la configuración de VSTP en conmutadores de Juniper Networks en la documentación oficial Understanding VSTP .

Cisco también publicó una versión patentada de Rapid Spanning Tree Protocol. Crea un árbol de expansión para cada VLAN, al igual que PVST. Cisco se refiere a esto como árbol de expansión rápido por VLAN (RPVST).

Protocolo de árbol de expansión múltiple [ editar ]

Artículo principal: Protocolo de árbol de expansión múltiple

El Protocolo de árbol de expansión múltiple (MSTP), originalmente definido en IEEE 802.1s -2002 y luego combinado con IEEE 802.1Q -2005, define una extensión de RSTP para desarrollar aún más la utilidad de las LAN virtuales (VLAN).

En el estándar, un árbol de expansión que asigna una o más VLAN se denomina árbol de expansión múltiple (MST). Si se implementa MSTP, se puede definir un árbol de expansión para VLAN individuales o para grupos de VLAN. Además, el administrador puede definir rutas alternativas dentro de un árbol de expansión. Las VLAN deben asignarse a la denominada instancia de árbol de expansión múltiple (MSTI). Los conmutadores se asignan primero a una región MST, luego las VLAN se mapean o se asignan a este MST. Un árbol de expansión común (CST) es un MST al que se asignan varias VLAN; este grupo de VLAN se denomina Instancia MST (MSTI). Los CST son compatibles con versiones anteriores del estándar STP y RSTP. Un MST que solo tiene una VLAN asignada es un árbol de expansión interno(IST). [21]

A diferencia de algunas implementaciones propietarias de árbol de expansión por VLAN, [26] MSTP incluye toda su información de árbol de expansión en una única BPDU.formato. Esto no solo reduce la cantidad de BPDU requeridas en una LAN para comunicar la información del árbol de expansión para cada VLAN, sino que también garantiza la compatibilidad con versiones anteriores de RSTP (y, de hecho, también el STP clásico). MSTP hace esto codificando información de región adicional después de la BPDU de RSTP estándar, así como una serie de mensajes MSTI (de 0 a 64 instancias, aunque en la práctica muchos puentes admiten menos). Cada uno de estos mensajes de configuración de MSTI transmite la información del árbol de expansión para cada instancia. A cada instancia se le puede asignar una cantidad de VLAN configuradas y las tramas (paquetes) asignadas a estas VLAN operan en esta instancia de árbol de expansión siempre que se encuentren dentro de la región MST. Para evitar transmitir su VLAN completa a la asignación de árbol de expansión en cada BPDU, los puentes codifican un resumen MD5 de su VLAN a la tabla de instancias en la BPDU de MSTP.Este resumen lo utilizan otros puentes MSTP, junto con otros valores configurados administrativamente, para determinar si el puente vecino está en la misma región MST que él.

MSTP es totalmente compatible con los puentes RSTP, ya que un puente RSTP puede interpretar una BPDU de MSTP como una BPDU de RSTP. Esto no solo permite la compatibilidad con puentes RSTP sin cambios de configuración, sino que también hace que cualquier puente RSTP fuera de una región MSTP vea la región como un solo puente RSTP, independientemente de la cantidad de puentes MSTP dentro de la propia región. Para facilitar aún más esta vista de una región MST como un único puente RSTP, el protocolo MSTP utiliza una variable conocida como saltos restantes como un contador de tiempo de vida en lugar del temporizador de antigüedad del mensaje utilizado por RSTP. El tiempo de antigüedad del mensaje solo se incrementa una vez cuando la información del árbol de expansión ingresa a una región MST y, por lo tanto, los puentes RSTP verán una región como un solo "salto" en el árbol de expansión.Los puertos en el borde de una región MST conectados a un puente RSTP o STP o un punto final se conocen como puertos límite. Al igual que en RSTP, estos puertos se pueden configurar como puertos de borde para facilitar cambios rápidos en el estado de reenvío cuando se conectan a puntos finales.

Puente de camino más corto [ editar ]

Artículo principal: Puente de camino más corto

IEEE 802.1aq también conocido como Shortest Path Bridging (SPB) permite que los enlaces redundantes entre conmutadores estén activos a través de múltiples rutas de igual costo y proporciona topologías de capa 2 mucho más grandes, una convergencia más rápida y mejora el uso de las topologías de malla a través de un mayor ancho de banda entre todos los dispositivos al permitir que el tráfico se comparta en todas las rutas de una red de malla. [27] [28] SPB consolida múltiples funcionalidades existentes, incluido el Protocolo de árbol de expansión (STP), el Protocolo de árbol de expansión múltiple (MSTP), el Protocolo de árbol de expansión rápido (RSTP), la agregación de enlaces y el Protocolo de registro de MAC múltiple (MMRP) en uno protocolo de estado de enlace. [29]

Extensión de ID del sistema [ editar ]

El ID de puente (BID) es un campo dentro de un paquete BPDU . Tiene ocho bytes de longitud. Los dos primeros bytes son la prioridad del puente, un número entero sin signo de 0-65,535. Los últimos seis bytes son una dirección MAC proporcionada por el puente. Antes de IEEE 802.1D-2004, los dos primeros bytes daban una prioridad de puente de 16 bits . Desde IEEE 802.1D-2004, los primeros cuatro bits son una prioridad configurable y los últimos doce bits llevan la extensión de ID del sistema de puente. En el caso de MST , la extensión de ID del sistema de puente lleva el número de instancia de MSTP . Algunos proveedores configuran la extensión de ID del sistema de puente para llevar una VLANID que permite un árbol de expansión diferente por VLAN, como el PVST de Cisco .

Desventajas y práctica actual [ editar ]

El árbol de expansión es un protocolo más antiguo con un tiempo de espera predeterminado más largo que gobierna la convergencia del estado del protocolo. El uso o la implementación inadecuados pueden contribuir a las interrupciones de la red. La idea de bloquear enlaces es algo que los clientes en estos días no aceptan como una solución adecuada de alta disponibilidad. Las redes modernas pueden hacer uso de todos los enlaces conectados mediante el uso de protocolos que inhiben, controlan o suprimen el comportamiento natural de los bucles de topología lógica o física.

Las técnicas de virtualización de conmutadores como HPE IRF, Aruba VSF y Cisco VSS combinan varios conmutadores en una única entidad lógica. Un grupo de agregación de enlaces de varios chasis funciona como un tronco LACP normal , solo distribuido a través de varios conmutadores. A la inversa, las tecnologías de partición compartimentan un solo chasis físico en varias entidades lógicas.

En el borde de la red, la detección de bucles está configurada para evitar bucles accidentales por parte de los usuarios.

Ver también [ editar ]

  • Unidad de datos de protocolo de puente
  • Árbol de expansión mínimo distribuido
  • EtherChannel
  • Conmutación de protección automática de Ethernet
  • Conmutación de protección de anillo Ethernet
  • Enlaces flexibles
  • Inundaciones (redes informáticas)
  • Protocolo de redundancia de medios
  • Árbol de expansión mínimo
  • TRILL (interconexión transparente de muchos enlaces)
  • Detección de enlace unidireccional
  • Troncalización de enlace virtual

Notas [ editar ]

  1. ^ El árbol de expansión incorporó 802.1t, y por 802.1t, utiliza los 4 bits más significativos del campo de prioridad de dos octetos 802.1d como prioridad y los 12 bits menos significativos de ese campo como el ID del sistema extendido.
  2. ^ El 802.1d original preveía la posibilidad de que el puente raíz tuviera más de un puerto en el mismo segmento de LAN y, en ese caso, el puerto con el ID de puerto más bajo se convertiría en el puerto designado para ese segmento de LAN y se pondría en modo de reenvío. , mientras que sus otros puertos en ese mismo segmento de LAN se convirtieron en puertos no designados puestos en modo de bloqueo. No todos los fabricantes de puentes siguen esa regla, algunos hacen que todos los puertos sean designados como puertos y los ponen a todos en modo de reenvío.
  3. ^ Alternativamente, el administrador de la red puede configurar el conmutador como raíz del árbol de expansión primario o secundario. Al configurar la raíz primaria y la raíz secundaria, el switch cambiará automáticamente la prioridad en consecuencia, 24576 y 28672 respectivamente con la configuración predeterminada. [10]

Referencias [ editar ]

  1. ↑ a b Perlman, Radia (1985). "Un algoritmo para el cálculo distribuido de un árbol de expansión en una LAN extendida" . Revisión de comunicación informática ACM SIGCOMM . 15 (4): 44–53. doi : 10.1145 / 318951.319004 . S2CID  61172150 .
  2. ^ Perlman, Radia (2000). Interconexiones, segunda edición . Estados Unidos: Addison-Wesley. ISBN 0-201-63448-1.
  3. ^ Puentes y redes puenteadas
  4. ↑ a b c d e f g Silviu Angelescu (2010). Certificación CCNA todo en uno para principiantes . John Wiley e hijos. ISBN 9780470635926.
  5. ^ a b c "Estándar IEEE 802.1D para redes de área local y metropolitana. Puentes de control de acceso a medios (MAC)" (PDF) . IEEE . 2004 . Consultado el 19 de abril de 2012 .
  6. ^ Wade Edwards, Terry Jack, Todd Lammle, Toby Skandier, Robert Padjen, Arthur Pfund y Carl Timm (2006). CCNP Complete Study Guide: Exámenes 642-801, 642-811, 642-821, 642-831 . John Wiley e hijos. págs. 506 y 511. ISBN 9780782150667.CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  7. ^ Wade Edwards, Terry Jack, Todd Lammle, Toby Skandier, Robert Padjen, Arthur Pfund y Carl Timm (2006). CCNP Complete Study Guide: Exámenes 642-801, 642-811, 642-821, 642-831 . John Wiley e hijos. pag. 506. ISBN 9780782150667.CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  8. ^ Wade Edwards, Terry Jack, Todd Lammle, Toby Skandier, Robert Padjen, Arthur Pfund y Carl Timm (2006). CCNP Complete Study Guide: Exámenes 642-801, 642-811, 642-821, 642-831 . John Wiley e hijos. pag. 511. ISBN 9780782150667.CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  9. ^ Wade Edwards, Terry Jack, Todd Lammle, Toby Skandier, Robert Padjen, Arthur Pfund y Carl Timm (2006). CCNP Complete Study Guide: Exámenes 642-801, 642-811, 642-821, 642-831 . John Wiley e hijos. pag. 513. ISBN 9780782150667.CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  10. ^ "vlan de árbol de expansión" . Cisco Systems . Consultado el 4 de mayo de 2020 .
  11. ^ 802.1d-1998 sección 8.3.1: El puerto designado para cada LAN es el puerto puente para el que el valor del costo de la ruta raíz es el más bajo: si dos o más puertos tienen el mismo valor de costo de la ruta raíz, primero el El identificador de puente de sus puentes y sus identificadores de puerto se utilizan como disyuntores.
  12. ^ 802.1d-1998 sección 8.3.2 b) Un puente que recibe una configuración BPDU sobre lo que decide que su puerto raíz transmite mejor información (es decir, identificador raíz de mayor prioridad, menor costo de ruta raíz, puente y puerto de transmisión de mayor prioridad), pasa esa información en todas las LAN para las que se cree que es el Puente Designado.
  13. ^ Comité de estándares LAN / MAN de la IEEE Computer Society, ed. (1990). ANSI / IEEE Std 802.1D . IEEE.
  14. ^ Comité de estándares LAN / MAN de la IEEE Computer Society, ed. (1998). ANSI / IEEE Std 802.1D, Edición 1998, Parte 3: Puentes de control de acceso a medios (MAC) . IEEE.
  15. ^ a b Comité de estándares LAN / MAN de la IEEE Computer Society, ed. (2004). ANSI / IEEE Std 802.1D - 2004: Estándar IEEE para redes de área local y metropolitana: Puentes de control de acceso a medios (MAC) . IEEE.
  16. ^ "Comprender los problemas relacionados con el puente entre VLAN" (PDF) . Cisco Systems, Inc. 11072. Cite journal requiere |journal=( ayuda )
  17. ^ Waldemar Wojdak (marzo de 2003). "Rapid Spanning Tree Protocol: una nueva solución a partir de una tecnología antigua" . Sistemas CompactPCI . Consultado el 4 de agosto de 2008 .
  18. ^ "Comprensión del protocolo de árbol de expansión rápida (802.1w)" . Consultado el 27 de noviembre de 2008 .
  19. ^ IEEE 802.1D-2004 , IEEE , 2004-06-04, dado que el Protocolo de árbol de expansión (STP) original se eliminó de la revisión de 2004 de IEEE Std 802.1D, se requiere una implementación de RSTP para cualquier declaración de conformidad de un implementación de IEEE Std 802.1Q-2003 que se refiere a la revisión actual de IEEE Std 802.1D
  20. ↑ a b Michael G. Solomon, David Kim y Jeffrey L. Carrell (2014). Fundamentos de comunicaciones y redes . Editores Jones & Bartlett. pag. 204. ISBN 9781284060157.
  21. ↑ a b Michael G. Solomon, David Kim y Jeffrey L. Carrell (2014). Fundamentos de comunicaciones y redes . Editores Jones & Bartlett. pag. 204. ISBN 9781284060157.
  22. ^ "Documentación técnica" . Fuerza10 . Consultado el 25 de enero de 2011 .
  23. ^ "Sistema operativo ExtremeXOS, versión 12.5" (PDF) . Redes extremas . 2010 . Consultado el 25 de enero de 2011 .
  24. ^ "BLADE PVST + Interoperabilidad con Cisco" (PDF) . 2006 . Consultado el 25 de enero de 2011 .
  25. ^ "Puente entre VLAN IEEE 802.1Q" . Cisco Systems . Consultado el 25 de enero de 2011 .
  26. ^ "Guía de implementación de CiscoWorks LAN Management Solution 3.2" . Agosto de 2009 . Consultado el 25 de enero de 2010 .
  27. ^ Peter Ashwood-Smith (24 de febrero de 2011). "Descripción general de IEEE 802.1aq de puente de ruta más corta" (PDF) . Huawei. Archivado desde el original (PDF) el 15 de mayo de 2013 . Consultado el 11 de mayo de 2012 .
  28. ^ Jim Duffy (11 de mayo de 2012). "El sistema de salud más grande de Illinois desarraiga a Cisco para construir una nube privada de $ 40 millones" . Asesor de PC . Consultado el 11 de mayo de 2012 . El puente de ruta más corta reemplazará al árbol de expansión en la estructura de Ethernet.
  29. ^ "IEEE aprueba el nuevo estándar de puenteo de ruta más corta IEEE 802.1aq" . Tech Power Up. 7 de mayo de 2012 . Consultado el 11 de mayo de 2012 .

Enlaces externos [ editar ]

  • Página de inicio de Cisco para la familia de protocolos Spanning-Tree (analiza CST, MISTP, PVST, PVST +, RSTP, STP)
  • "Explicación educativa de STP" . Archivado desde el original el 4 de marzo de 2016.
  • Artículo de STP en la wiki de Wireshark Incluye un archivo PCAP de muestra del tráfico STP capturado.
  • Perlman, Radia. "Algorimo" . Universidad de California en Berkeley . Archivado desde el original el 19 de julio de 2011 . Consultado el 1 de septiembre de 2011 .
  • Estándares IEEE
    • La sección 17 del estándar ANSI / IEEE 802.1D-2004 trata sobre RSTP (STP regular ya no forma parte de este estándar. Esto se indica en la sección 8.)
    • La sección 13 del estándar ANSI / IEEE 802.1Q-2005 trata sobre MSTP
  • RFC
    • RFC 2674-1999, estándar propuesto, Definiciones de objetos administrados para puentes con clases de tráfico, filtrado de multidifusión y extensiones de LAN virtual
    • RFC 1525–1993, - SBRIDGEMIB, estándar propuesto, Definiciones de objetos administrados para puentes de enrutamiento de origen
    • RFC 1493-1993 - BRIDGEMIB, borrador de estándar, Definiciones de objetos administrados para puentes
  • Fallas de enlace directo vs indirecto de árbol de expansión - Estudio CCIE
  • Descripción general del protocolo de árbol de expansión