Spanning tree
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(Spanning Tree Protocol) (SmmTPr) es un protocolo de red de nivel 2 de la capa OSI (nivel de enlace de datos). Está basado en un algoritmo diseñado por Radia Perlman mientras trabajaba para DEC. Hay 2 versiones del STP: la original (DEC STP) y la estandarizada por el IEEE (IEEE 802.1D), que no son compatibles entre sí. En la actualidad, se recomienda utilizar la versión estandarizada por el IEEE. Su función es la de gestionar la presencia de bucles en topologías de red debido a la existencia de enlaces redundantes (necesarios en muchos casos para garantizar la disponibilidad de las conexiones). El protocolo permite a los dispositivos de interconexión activar o desactivar automáticamente los enlaces de conexión, de forma que se garantice que la topología está libre de bucles. STP es transparente a las estaciones de usuario.
Sumario
Descripción
El Protocolo de Árbol de Extensión (STP), es un protocolo de la capa dos publicado en la especificación IEEE 802.1. El objetivo del árbol de extensión es mantener una red libre de bucles. Un camino libre de bucles se consigue cuando un dispositivo es capaz de reconocer un bucle en la topología y bloquear uno o más puertos redundantes.
El protocolo Árbol de extensión explora constantemente la red, de forma que cualquier fallo o adición en un enlace, switch o bridge es detectado al instante. Cuando cambia la topología de red, el algoritmo de árbol de extensión reconfigura los puertos del switch o el bridge para evitar una perdida total de la conectividad. Los Switches intercambian información (BPDU) cada dos segundos si se detecta alguna anormalidad en algún puerto STP cambiara de estado algún puerto automáticamente utilizando algún camino redundante sin que se pierda conectividad en la red.
Inconvenientes con la redundancia
Al tener una red de alta redundancia en base al diseño jararquico, tanto fisicamente como logicamente se pueden presentar inconvenientes con la redundancia, como:
1) Duplicidad de paquetes: Este problema se genera cuando hay dos medios para el envio de los paquetes y ambos se estan utilizando, generando la duplicidad en el envio de los paquetes.
2) Incosistencia en la tabla de MAC-ADDRESS: Al tener varios medios de envio y recepcion para los paquetes la mac address, el switch mantendra la tabla cambiando la mac address por la que vaya conociendo.
3) Tormenta de Broadcast: Este problema se genera cuando existe un loop de broadcast en la red, provocando severos daños en la red.
Este protocolo asegura que exista solo una ruta logica entre todos los destinos de la red, al realizar un bloqueo de forma intencional a aquellas rutas redundantes que puedan ocasionar un bucle. Un puerto se considera bloqueado cuando el trafico de la red no puede ingresar ni salir del puerto.
STP utiliza el algoritmo de spanning tree (STA) para determinar los puertos del switch de la red que deben de configurarse para el bloqueo a fin de evitar que de generen bucles. El STA designa un unico switch como raiz y lo utiliza como punto referencia para todos los calculos de rutas.
La BPDU es la trama de mensaje que se intercambia entre los switches en STP. Cada BPDU contiene un BID que identifica al switch que envio la BPDU. El BID contiene un valor de prioridad, la direccion MAC del switch emisor y un ID de sistema extendido opcional. El numero prioridad por defecto en el BID es 32768. Si existen 2 switches con el mismo numero de prioridad la direccion MAC será la que determinará quien sera la raiz con la direccion mac mas baja. Para asignar a un switch distribuidor que este sea el raiz, a este se le debe de asignar la vlan mas baja al numero de prioridad.
Proceso STP
Elección de un Switch Raíz: En un dominio de difusión solo puede existir un switch raíz. Todos los puertos del bridge raíz se encuentran en estado enviando y se denominan puertos designados. Cuando esta en este estado, un puerto puede enviar y recibir trafico. La elección de un switch raíz se lleva a cabo determinando el switch que posea la menor prioridad. Este valor es la suma de la prioridad por defecto dentro de un rango de 1 al 65536 (20 a 216) y el ID del switch equivalente a la dirección MAC. Por defecto la prioridad es 215 = 32768 y es un valor configurable. Un administrador puede cambiar la elección del switch raíz por diversos motivos configurando un valor de prioridad menor a 32768. Los demás Switches del dominio se llaman switch no raíz.
Puerto Raíz: El puerto raíz corresponde a la ruta de menor coste desde el Switch no raíz, hasta el Switch Raíz. Los puertos raíz se encuentran en estado de envío o retransmisión y proporcionan conectividad hacia atrás al Switch Raíz. La ruta de menor coste al switch raíz se basa en el ancho de banda.
Puertos designados: El puerto designado es el que conecta los segmentos al Switch Raíz y solo puede haber un puerto designado por segmento. Los puertos designados se encuentran en estado de retransmisión y son los responsables del reenvío de tráfico entre segmentos.
Los puertos no designados se encuentran normalmente en estado de bloqueo con el fin de romper la topología de bucle.
Funcionamiento
- RootBridge= Priority+MAC
- RootPort= Mejor Ruta Hacia el Root Bridge
- DesignatedPort= Menor Costo Hacia Root Bridge
- Blocking= son aquellos Puertos que sobran y generan bucles en la red
Mantenimiento del Spanning Tree
El cambio en la topología puede ocurrir de dos formas:
- El puerto se desactiva o se bloquea
- El puerto pasa de estar bloqueado o desactivado a activado
Cuando se detecta un cambio el switch notifica al puente raíz dicho cambio y entonces el puente raíz envía por broadcast dicho cambio. Para ello, se introduce una BPDU especial denominada notificación de cambio en la topología (TCN). Cuando un switch necesita avisar acerca de un cambio en la topología, comienza a enviar TCN en su puerto raíz. La TCN es una BPDU muy simple que no contiene información y se envía durante el intervalo de tiempo de saludo. El switch que recibe la TCN se denomina puente designado y realiza el acuse de recibo mediante el envío inmediato de una BPDU normal con el bit de acuse de recibo de cambio en la topología (TCA). Este intercambio continúa hasta que el puente raíz responde.
Estado de los puertos
Los estados en los que puede estar un puerto son los siguientes:
- Bloqueo: En este estado se pueden recibir BPDU's pero no las enviará. Las tramas de datos se descartan y no se actualizan las tablas de direcciones M AC (mac-address-table).
- Escucha: A este estado se llega desde Bloqueo. En este estado, los switches determinan si existe alguna otra ruta hacia el puente raíz. En el caso que la nueva ruta tenga un coste mayor, se vuelve al estado de Bloqueo. Las tramas de datos se descartan y no se actualizan las tablas ARP. Se procesan las BPDU.
- Aprendizaje: A este estado se llega desde Escucha. Las tramas de datos se descartan pero ya se actualizan las tablas de direcciones M AC (aquí es donde se aprenden por primera vez). Se procesan las BPDU.
- Envío: A este estado se llega desde Aprendizaje, en este estado el puerto puede enviar y recibir datos. Las tramas de datos se envían y se actualizan las tablas de direcciones M AC (mac-address-table). Se procesan las BPDU.
- Desactivado: A este estado se llega desde cualquier otro. Se produce cuando un administrador deshabilita el puerto o éste falla. No se procesan las BPDU.
