PROTOCOLO DE SPANNING-TREE Semestre 3 Capítulo 7 Carlos Bran cbran@udb.edu.sv

Contenido Topologías redundantes Protocolo Spanning-tree

Redundancia La dependencia de las redes informáticas para las operaciones de los negocios es cada vez mas critica, por lo que se exige disponibilidad de red del 100% . Si una red esta fuera de servicio, la productividad y satisfacción del cliente disminuyen. Para lograr esto es necesario redes confiables, con tolerancia a fallas y tiempos de recuperación de las mismas muy cortos. La redundancia es la alternativa para conseguir estos objetivos.

Topologías conmutadas redundantes Uno de los propósitos de las topologías redundantes es eliminar las interrupciones de servicio de red, provocadas por un único punto de falla. Normalmente esto se logra con un enlace alternativo al punto de falla que permita mantener la confiabilidad de la red. A nivel de capa 2 una topología redundante puede ocasionar: tormentas de broadcast, copias de múltiples tramas y problemas de inestabilidad en las tablas de conmutación.

Tormentas de broadcast Este fenómeno se produce cuando se replican tramas de broadcast o multicast sobre bucles de enlaces redundantes. La tormenta se mantiene hasta que uno de los switches se desconecta. Dado que los broadcast necesitan recursos de la red para su propagación, esto reduce el trafico de usuario. Este fenómeno se evidencia al detectar redes extremadamente lentas o inactivas. Simulación1

Transmisiones de tramas múltiples

Inestabilidad de la tabla de conmutación

Topologías redundantes y spanning tree Las topologías redundantes están diseñadas para garantizar que la red continué funcionando en presencia de puntos de falla únicos. Estas conexiones introducen bucles físicos en los enlaces de modo que si uno falla el otro puede hacerse cargo del trafico de la red. Por otro lado al crear bucles físicos se tiene el riesgo de hacer circular trafico indefinidamente, con su implicación en la degradación del ancho de banda. Esto crea contradicción entre la necesidad de redundancia y el rendimiento de la red. La solución consiste en crear topologías físicas con bucles con topologías lógicas libres de los mismos. La topologías libres de bucles se conocen como topologías de árbol extendido (spanning tree); con lo que todos los puntos de la red se pueden alcanzar. El protocolo que se encarga de crear este tipo de topologías es el STP.

Protocolo Spanning-Tree Los BPDU contienen información que permite que los switches ejecuten las siguientes acciones: Seleccionar un switch raíz para el árbol. Calcular la ruta desde si mismo hacia el switch raíz. Elegir los switches mas cercanos a la raíz para cada segmento como: switch designado el cual administrara la comunicación de la LAN hacia la raíz. Elegir uno de sus puertos como puerto raíz, para todos los switches que no son el raíz, esta brindara la interfaz con la mejor ruta el switch raíz. Seleccionar los puertos que formaran parte del árbol (puertos designados), los no designados se bloquean. Definido por el estándar IEEE 802.1d, este protocolo permite desarrollar una red de ruta mas corta. La ruta mas corta se basa en el costo acumulativo de los enlaces, los cuales se basan en la velocidad o ancho de banda. STP establece un nodo raíz desde donde se creara rutas para llegar a todos los nodos, basado en el costo. Aquellos enlaces redundantes de mayor costo se bloquearan, descartando los paquetes que llegan a ellos. Para crear la topología lógica los switches envían BPDU’s (unidad de datos de protocolo de puente)

Selección del puente raíz La elección del puente raíz se basa en el identificador del puente (BID), el cual esta compuesto por el valor de prioridad del puente y la dirección MAC. Se elige como puente raíz al que tiene el menor valor de BID. Esta información se difunde por los BPDU cada 2 segundos por defecto. El valor de prioridad puede ser manipulado por el administrador para forzar una elección de raíz especifica.

Estados de los puertos con STP Estados de los puertos de un switch que usa STP: Bloqueo: Los puertos solo puede recibir BPDU’s no tramas la cuales se descartan. Escuchar: en este estado se determina si hay rutas al puerto raiz, la ruta que no sea la mas corta se pasa al estado de bloqueo, este estado dura 15 segundos y no se envían datos ni se aprenden MAC’s. Aprender: en este estado los datos no se envían, pero si se aprenden las MAC’s de los datos recibidos. Enviar: en este estado se pueden enviar datos y se aprenden MAC’s constituye el estado de operación natural del switch libre de bucles.

Recalculo de Spanning-Tree Una red converge cuando todos los puertos del switch estan en estado de enviar o bloqueo. La convergencia hacia una nueva topologia de arbol cuando un puerto designado falla puede tardar hasta 50 segundos. Cuando la topologia cambia los switches debe de calcular un nuevo árbol con STP y provocan una interrupción del trafico. Simulación2

Protocolo Rapid Spanning-Tree RSTP Se desarrollo para superar las limitantes del STP en cuanto a tiempo de convergencia. Definido por el estándar IEEE 802.1w, permite que un conjunto de enlaces puedan pasar del estado de bloqueo a enviar rápidamente. Cambia el estado de “bloqueado” al de “descarte”, cuyo rol es el de un puerto alternativo. La convergencia se acelera al permitir que todos los switches generen BPDU’s y no solo el puente raíz, con esto se reduce el tiempo de convergencia a 15 segundos.