STP

STP

1. Conceptos de árbol de expansión

   • Propósito
     • Redundancia en las capas 1 y 2 del modelo OSI
       • La redundancia es una parte importante del diseño jerárquico para evitar que se interrumpan la entrega de los servicios de red a los usuarios
         • Consideraciones que se deben de tener en cuenta al implementar la redundancia
           • Inestabilidad de la BD MAC
           • Tormentas de difusión
           • Tranisión de varias tramas
   • Funcionamiento STP
     • Cuando se introduce la redundancia física en un diseño, se producen bucles y se duplican las tramas
       • Por lo tanto, esto trae consecuencias graves para las redes conmutadas
         • El protocolo árbol de expansión (STP) fue desarrollado para enfrentar estos inconvenientes.
         • STP asegura que exista sólo una ruta lógica entre todos los destinos de la red, al realizar un bloqueo de forma intencional a aquellas rutas redundantes que puedan ocasionar un bucle.
           • STP se basa en un algoritmo que Radia Perlman
     • Algoritmo de árbol de expansión: funciones de puerto
       • Puertos raíz
         • puertos de switch más cercanos al puente raíz en términos de costo total al puente raíz
       • Puertos designados
         • Todos los puertos que no son raíz y que aún pueden enviar tráfico a la red
       • Puertos alternativos y de respaldo
         • los puertos alternativos y de respaldo se configuran en estado de bloqueo para evitar bucles
       • Puertos deshabilitados
         • un puerto deshabilitado es un puerto de switch que está desactivado.
     • ID del sistema extendido
       • se utiliza para determinar el puente raíz de una red
         • El campo BID de una trama de BPDU contiene tres campos separados
           • Prioridad de puente
             • es un valor personalizable que se puede utilizar para influir en la elección del switch como puente raíz
             • ID del sistema extendido
               • Las primeras implementaciones de IEEE 802.1D estaban diseñadas para redes que no utilizaban VLAN.
               • El valor de la ID del sistema extendido es un valor decimal que se suma al valor de prioridad de puente en el BID para identificar la prioridad y la VLAN de la trama de BPDU

2. Variedad de protocolos de árbol de expansión

   • Tipos de protocolos de árbol de expanión
     • STP
       • es la versión 802.1D original de IEEE (802.1D-1998 y anterior), que proporciona una topología sin bucles en una red con enlaces redundantes
         • Caracteristica
           • asume una instancia de árbol de expansión IEEE 802.1D para toda la red enlazada, independientemente de la cantidad de redes VLAN
     • PVST+
       • esta es una mejora de Cisco de STP que proporciona una instancia de árbol de expansión 802.1D para cada VLAN configurada en la red
         • La instancia aparte admite PortFast, UplinkFast, BackboneFast, la protección BPDU, el filtro BPDU, la protección de raíz y la protección de bucle.
         • Caracteristica
           • Este diseño permite la optimización del árbol de expansión para el tráfico de cada VLAN
     • 802.1D-2004
       • esta es una versión actualizada del estándar STP que incorpora IEEE 802.1w.
     • Protocolo de árbol de expansión rápido (RSTP) o IEEE 802.1w
       • esta es una evolución de STP que proporciona una convergencia más veloz que STP.
         • Caracteristicas
           • es una evolución del árbol de expansión que proporciona una convergencia más rápida que la implementación original de 802.1D.
     • PVST+ rápido
       • esta es una mejora de Cisco de RSTP que utiliza PVST+. PVST+ rápido proporciona una instancia de 802.1w distinta por VLAN
         • Cada instancia aparte admite PortFast, protección de BPDU, filtro de BPDU, protección de raíz y protección de bucle
         • Caracteristica
           • Esta versión resuelve tanto los problemas de convergencia como los de flujo de tráfico inferiores al óptimo.
     • Protocolo de árbol de expansión múltiple (MSTP
       • MST es la implementación de Cisco de MSTP, que proporciona hasta 16 instancias de RSTP y combina varias VLAN con la misma topología física y lógica en una instancia de RSTP en común
         • Caracteristica
           • Reducir el número de instancias de STP requeridas, MSTP asigna varias VLAN con los mismos requisitos de flujo de tráfico en la misma instancia de árbol de expansión.
   • PVST+
     • Cisco desarrolló PVST+ para que una red pueda ejecutar una instancia independiente de la implementación de Cisco de IEEE 802.1D para cada VLAN en la red
     • Con PVST+, un puerto de enlace troncal en un switch puede bloquear una VLAN y seguir reenviando a otras VLAN. PVST+ se puede utilizar para implementar el balanceo de carga de capa 2
     • Los switches en un entorno de PVST+ requieren mayor procesamiento de CPU y consumo de ancho de banda de BPDU
       • En un entorno PVST+, los parámetros de árbol de expansión se pueden ajustar para que la mitad de las VLAN reenvíen en cada enlace troncal de uplin
         • Las redes que ejecutan PVST+ presentan las siguientes características:
           • El balanceo de carga puede funcionar de forma óptima
           • Una instancia de árbol de expansión para cada VLAN que se mantiene puede significar un gran desperdicio de ciclos de CPU para todos los switches en la red
     • Estados de los puertos y funcionamiento de PVST+
       • El árbol de expansión se determina a través de la información obtenida en el intercambio de tramas de BPDU entre los switches interconectados
         • Para facilitar el aprendizaje del árbol de expansión lógico, cada puerto de switch sufre una transición a través de cinco estados posibles y tres temporizadores de BPDU.
           • El árbol de expansión queda determinado inmediatamente después de que el switch finaliza el proceso de arranque.
             • Si un puerto de switch pasa directamente del estado de bloqueo al de reenvío sin información acerca de la topología completa durante la transición, el puerto puede crear un bucle de datos temporal.
               • Por esta razón, STP introduce cinco estados de puertos. PVST+ utiliza los mismos cinco estados de puerto
                 • Bloqueo
                   • El puerto recibe tramas de BPDU para determinar la ubicación y el ID de raíz del switch del puente raíz y los roles de puertos que cada uno de estos debe asumir en la topología final de STP activa.
                 • Escucha
                   • escucha a la espera de la ruta hacia la raíz
                 • Aprendizaje
                   • aprende las direcciones MAC.
                     • El puerto se prepara para participar en el reenvío de tramas y comienza a completar la tabla de direcciones MAC
                 • Reenvío
                   • el puerto se considera parte de la topología activa
                     • Los diversos estados (bloqueo, escucha, aprendizaje o reenvío) se puede mostrar con el comando show spanning-tree summary.
                 • Deshabilitado
                   • el puerto de la Capa 2 no participa en el árbol de expansión y no envía tramas
   • PVST+ rápido
     • ¿Qué es RSPT?
       • RSTP es el protocolo preferido para evitar los bucles de Capa 2 en un entorno de red conmutada.
         • RSTP aumenta la velocidad de recálculo del árbol de expansión cuando cambia la topología de la red de la Capa 2
           • RSTP (802.1w) reemplaza al estándar 802.1D original y, al mismo tiempo, mantiene la compatibilidad con versiones anteriores
             • BPDU en RSTP
               • RSTP utiliza BPDU tipo 2, versión 2. El protocolo STP 802.1D original utiliza BPDU tipo 0, versión 0
                 • Las BPDU se utilizan como un mecanismo de mantenimiento de la conexión (keepalive)

3. Configuración de árbol de expansión

   • Problemas de configuración de STP
     • Análisis de la topología STP
       • Para analizar la topología STP, hay que seguir estos pasos
     • Comparación entre la topología esperada y la topología real
       • En muchas redes, la topología STP óptima se determina como parte del diseño de red y se implementa mediante la manipulación de los valores de prioridad y costo de STP
       • Una gran parte de la resolución de problemas implica comparar el estado real de la red con el estado que se espera de esta y detectar las diferencias para reunir pistas acerca del problema que se debe resolver
     • Descripción general del estado del árbol de expansión
       • Si se utiliza el comando show spanning-tree sin especificar ninguna opción adicional, se obtiene una breve descripción general del estado de STP para todas las VLAN definidas en el switch
       • Si solo le interesa una VLAN en particular, limite el alcance de este comando especificando esa VLAN como opción
         • show spanning-tree vlan id_de_vlan para obtener información de STP sobre una VLAN específica.