Spanning Tree Protocol

113 Apr 2023 S Ward Abingdon and Witney College

Spanning Tree protocol

CCNA Exploration Semestre 3

Capitulo 5

Spanish


Topics

Redundancia en una Red Convergente Como Spanning Tree Protocol (STP) Elimina

los loops de capa 2 El algoritmo STP y sus 3 pasos Rapid spanning tree protocol (RSPT)


Semester 3

LAN Design

Basic Switch Concepts

VLANs

VTP

STP

Inter-VLAN routing

Wireless


Queremos:

Redundancia en las capas de distribucion y nucleo

Multiples switches y Enlaces troncales

Cuando un enlace falle – otro tome su lugar.


Pero la redundandia da loops!!

Los Loops de conmutacion son un problema si todos los links estan activos:

Tormentas de Broadcast Transmision de multiples tramas Tablas de switch Inconsistentes


Tormenta de broadcast

Envío ARP

request

There’s a switching loop

Inundación de broadcast por un non-source ports

Y esto no hay nada con lo que pueda pararse


Envio de multiples tramas

A B

Envia tramama

a B

A esta a port 3 y No

conoce a B, inunda los

puertos

Trama llega

Y otra Vez


Tabla de switch inconsistente

A B

Send frame to

B

A is on port 3Don’t know B

So flood

A is on port 1A is on port 2

???

A is on port 3A is on port 1A is on port 2

?


Loops por error

Incluso si hay loops no deliberados por redundancia, estos los puede haber por algún error.


Etherchannel – La excepción

Multiples conecciones no crean un loop donde es usado Etherchannel.

Los links son agregados para actuar como uno solo con ancho de banda combinado.


Redundancia sin loops

Se necesita tener un solo camino a la vez. Rutas redundantes deben estar apagadas,

pero listas para abrirse cuando se necesite. Esto debe hacerse rapido y

automaticamente.Spanning Tree Protocol hace esto.


Que es un spanning tree?

Un tree (extended star) topologyUn arbol no tiene loops

Se extiende a todos los dispositivosTodos los dispositivos estan

conectados.


No es un spanning tree

No es un arbol – tiene loops.


No es un spanning tree

No expande - Dispositivos fuera


Es un Spanning tree

Sin loops. Incluye todos los dispositivos


Spanning tree protocol

Usado por switches para convertir una topologia redundante en un spanning tree.

Desabilita links no deseados bloqueando puertos.

STP es definido por IEEE 802.1d Rapid STP definido por IEEE 802.1w Los Switches correon STP por default – no

necesitan configuracion.


Algotitmo de Spanning tree

Los switches usan este algoritmo para decidir cuales puertos deben ser apagados.

1. Selecciona un switch para ser “root bridge”

2. Elige un “root port” en cada uno de los otros.

3. Elige un “designated port” en cada segmento

4. Cierra todos los otros puertos.


Perfil del procesoRoot bridge

Root port

Root port

Root port

Designated portDesignated port

Designated port

Designated port Not chosenClose down


1 Eleccion del root bridge

Cada switch tiene un bridge ID (BID) de prioridad, seguido por la dirección MAC.

Los Switches intercambian (BPDUs) para comparar los “bridge IDs”

El switch con el mas bajo bridge ID será el “root bridge”

El Administrador puede configurar la prioridad para influir en la selección


Bridge ID

El bridge ID consiste de bridge priority, extended system ID, y MAC address

Por default la prioridad es 32768 La mas baja prioridad GANA Valor 1 - 65536, multiplos de 4096 Extended system ID identifica las VLANs. Direccion MAC, usada si la prioridad es la

misma. Mejor no confiar en la MAC Address.


Configurar prioridad

Configurar prioridad directamente SW1#spanning-tree vlan 1 priority 24576 O indirectamente SW1#spanning-tree vlan 1 root primary Pone el valor a 24576 o 4096 menor que la

prioridad mas baja detectada. SW1#spanning-tree vlan 1 root secondary Pone el valor a 28672. Este switch será el root

bridge si el primary root bridge falla.


1 Eleccion del root bridge

Un switch es iniciado. Este envia tramas BPDUs conteniendo en BID y el root ID cada 2 segundos.

Al principio cada switch se identifica a si mismo como el root bridge.

Si un switch receive un BPDU con un BID mas bajo entonces el identificara a este switch con ese BID como root bridge. El pasara esta informacion en sus propios BPDUs.

Eventualmente todos los switches acordaran que el switch con el menor BID es el root bridge.


Eleccion de root ports

Cada non-root bridge (Switch) elige un root port Este es el puerto con la ruta de mas bajo costo al

root bridge


Encontrar el costo de un link

El costo default de los puertos depende de la velocidad del enlace. Establecido por IEEE.

El Costo puede cambiar a medida que se desarrolla Ethernet.

Link speed Revised cost Previous cost

10 Gbps 2 1

1 Gbps 4 1

100 Mbps 19 10

10 Mbps 100 100


Cambiando el costo de un link

SW1(config)#int fa0/1 SW1(config-if)#spanning-tree cost 25 SW1(config-if)#end

SW1(config)#int fa0/1 SW1(config-if)#no spanning-tree cost SW1(config-if)#end


Que pasa si los puertos tienen el mismo costo?

Se usa el port priority y el port number. Por default

F0/1 tiene 128.1

F0/2 tiene 128.2


Configurar port priority

SW2(config-if)#spanning-tree port-priority 112 El Rango en los valores de prioridad 0 - 240,

en incrementos de 16. El valor default port priority es128. El mas bajo valor port priority GANA. El Default port priority es 128. Los puertos que pierden son apagados.


Pasando informacion de costo

Cada BPDU incluye el costo de la ruta de regreso al root bridge.

The cost es el costo total de todos los links. Como un switch recibe una BPDU, actualiza

el costo mediante la adición en el coste del puerto a través del cual se recibió la BPDU..


Seleccion del designated ports

En cada segmento, el puerto con ruta de monor costo al root bridge sera el designated port.


Designated port en costos iguales

Elige el puerto en el switch con el menor bridge ID. Aqui Suponemos que es switch B.


Inhabilitar Links redundantes

Cualquier puerto que no es root port o designated port es puesto en estado de bloqueo (Blocking)


BPDU

Los mensajes BPDU son encapsulados en una trama Ethernet.

La MAC address de destino es 01:80:C2:00:00:00, la cual es una direccion de multicast para el spanning-tree group.


Campos BPDU2 bytes Protocol ID Admin

1 byte Version

1 byte Message type

1 byte Flags

8 bytes Root ID BID and path information4 bytes Cost of path

8 bytes Bridge ID

2 bytes Port ID

2 bytes Message age Timers

2 bytes Max age

2 bytes Hello time

2 bytes Forward delay


Roles de puertos

STP hace a los puertos: Root ports (forwarding) Designated ports (forwarding) Non-designated ports (shut down)


Estado de puertos en el Tradicional STP

Blocking – recibe y envia tramas BPDU. Listening – recibe y envia tramas BPDU. Learning – recibe y envia tramas BPDU.

Aprende MAC addresses. Forwarding – Full activo, envia data de

usuario. Disabled – Apagado administrativamente.

Administratively shut down


Estados y temporizadores

BlockingLoss of BPDU detectedMax-age = 20 sec

BlockingWhen link first comes up

ListeningForward delay = 15 sec

LearningForward delay = 15 sec

Forwarding

Temporizador HELLO, 2 seg. para enviar BPDUs.

Hasta 50 seg. Desde links rotos para volver a enviar.


Temporizadores BPDU

Los temporizadores están optimizados para una red de 7-switch de diámetro.

La red tiene tiempo de converger antes que los switches envíen data de usuario.

Estos no pueden ser ajustados individual. El diametro puede ser ajustado y esto

cambiara todos los temporizadores.(Mejor No) spanning-tree vlan 1 root primary diameter 5


Cisco PortFast

Un puerto de acceso que conduce a una estación de trabajo no necesita pasar por los estamos de STP porque no sera apagado.

PortFast le permite al puerto ir directamente desde blocking a forwarding.

Si un switch es conectado mas tarde y el puerto recive un BPDU entonces puede ir a blocking y entonces atravezar por los modos.


Verificando spanning tree

Root bridge

This switch


Notificación de cambio de topología (TCN)

Después que la red converge, el root bridge envía BPDUs, pero los otros switches no comúnmente envían BPDUs de regreso.

Si hay un cambio en la topología, los switch envían un BPDU especial llamado (TCN) hacia el root bridge.

Cada switch que recibe el TCN envía un acknowledgement y envía un TCN hacia el root bridge hasta que el root bridge lo recibe.

El root bridge entonces envía BPDUs con el bit de cambio de topología (TC).


STP developments

Cisco Propietario Per-VLAN spanning

tree protocol (PVST). Per-VLAN spanning

tree protocol plus (PVST+) - supports IEEE 802.1Q

Rapid per-VLAN spanning tree protocol (rapid PVST+)

IEEE Standards Rapid spanning tree

protocol (RSTP) - Multiple STP (MSTP) -


PVST+

Separados STP para cada VLAN


PVST+

PVST+ Es la configuracion por defecto de spanning-tree para un switch Catalyst 2960.

La VLAN necesita ser identificada, por lo que cada BID tiene 3 campos: priority, extended system ID, conteniendo el VID, MAC address.

El BID originamnelte solo tiene: Priority+MAC


Rapid Spanning Tree Protocol

Reemplaza a STP pero compatible con el. Convergencia mas rapida. Misma estructura BPDU, pone 2 en el campo de

version. Envia BPDUs cada 2 segundos. Diferentes roles de puertos y estados. No usa los temporizadores de la misma forma. 3 BPDUs perdidas es tomado como perdida del

enlace. (6 seconds)


Puerto de borde en RSTP

Un puerto que nunca sera conectado a un switch.

Inmediatamente va a estado forwarding. La misma idea de PortFast de Cisco. Para Configurar un puerto de borde es como

se muestra abajo. spanning-tree portfast Un puerto de borde se convierte en un puerto

normal de spanning-tree si recibe un BPDU


Tipos de enlaces (Link types)

Un enlace operando en full duplex entre 2 switches es considerado como un enlace point-to-point.

Un enlace operando en half duplex es considerado un shared link (Compartido).

Los puertos en un enlace point-to-point son habiles para cambiar a estado forwarding rapidamente.


Estados de PuertosOperational STP RSTP

Enabled Blocking Discarding

Enabled Listening Discarding

Enabled Learning Learning

Enabled Forwarding Forwarding

Disabled Disabled Discarding


Roles de puertos RSTP

Root and designated ports como antes.

Puerto alterno toma lugar si puerto Des fallara.


Roles de puertos en RSTP

Puerto de Backuptoma su lugar si “root port” falla.


Roles de puertos en RSTP

Forwarding Root port Designated port

Puerto de borde – no conectar a switch

Discarding Backup port Alternate port Ambos estan

apagados pero listos para trabajar en cualquier momento.


Consideraciones de diseño

El Root bridge debe ser un switch poderoso en el centro de la red.

Minimizar el numero de puertos que necesiten ser apagados por STP.

Use VTP pruning. (Depuración de VTP) Use switches capa 3 en el core (Núcleo). Mantenga STP corriendo incluso si no hay

puertos que necesiten ser apagados.


The End

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