5.3 Evolucion del STP

 5.3.1 Diferentes versiones de STP

En este tema se detallan las diferentes versiones de STP y otras opciones para evitar bucles en la red.

Hasta ahora, hemos utilizado el término Protocolo Spanning Tree y el acrónimo STP, que puede ser engañoso. La mayoría de los profesionales suele utilizar estas denominaciones para referirse a las diversas implementaciones del árbol de expansión, como el protocolo de árbol de expansión rápido (RSTP) y el protocolo de árbol de expansión múltiple (MSTP). Para comunicar los conceptos del árbol de expansión correctamente, es importante hacer referencia a la implementación o al estándar del árbol de expansión en contexto.

El último estándar para árbol de expansión está contenido en IEEE-802-1D-2004, el estándar IEEE para redes de área local y metropolitana:puentes de control de acceso a medios (MAC). Esta versión del estándar indica que los conmutadores y puentes que cumplen con el estándar utilizarán Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) en lugar del protocolo STP anterior especificado en el estándar 802.1d original. En este currículo, cuando se analiza el protocolo de árbol de expansión original, se utiliza la frase “árbol de expansión 802.1D original” para evitar confusiones. Debido a que los dos protocolos comparten gran parte de la misma terminología y métodos para la ruta sin bucles, el enfoque principal estará en el estándar actual y las implementaciones propietarias de Cisco de STP y RSTP.

Desde el lanzamiento del estándar IEEE 802.1D original, surgió una gran variedad de protocolos de árbol de expansión.

Es posible que un profesional de red, cuyas tareas incluyen la administración de los switches, deba decidir cuál es el tipo de protocolo de árbol de expansión que se debe implementar.

Los switches de Cisco con IOS 15.0 o posterior ejecutan PVST+ de manera predeterminada. Esta versión incluye muchas de las especificaciones IEEE 802.1D-2004, como puertos alternativos en lugar de los puertos no designados anteriores. Los conmutadores deben configurarse explícitamente para el modo de árbol de expansión rápida para ejecutar el protocolo de árbol de expansión rápida.

5.3.2 Conceptos de RSTP

RSTP (IEEE 802.1w) reemplaza al 802.1D original mientras conserva la compatibilidad con versiones anteriores. La terminología de STP 802.1w sigue siendo fundamentalmente la misma que la de STP IEEE 802.1D original. La mayoría de los parámetros se han dejado sin cambios. Los usuarios que estén familiarizados con el estándar STP original pueden configurar fácilmente RSTP. El mismo algoritmo de árbol de expansión se utiliza tanto para STP como para RSTP para determinar los roles de puerto y la topología.

RSTP aumenta la velocidad del recálculo del árbol de expansión cuando cambia la topología de la red de Capa 2. RSTP puede lograr una convergencia mucho más rápida en una red configurada en forma adecuada, a veces sólo en unos pocos cientos de milisegundos. Si un puerto está configurado como puerto alternativo o de respaldo, puede cambiar automáticamente al estado de reenvío sin esperar a que converja la red.

Note: PVST+ rápido es la implementación que hace Cisco de RSTP por VLAN. Con Rapid PVST + se ejecuta una instancia independiente de RSTP para cada VLAN.

5.3.3 Estados de puerto RSTP y roles de puerto 

Los estados de puerto y las funciones de puerto entre STP y RSTP son similares

5.3.4 PortFast y protección BPDU

Cuando un dispositivo está conectado a un puerto del conmutador o cuando un conmutador se enciende, el puerto del conmutador pasa por los estados de escucha y aprendizaje, esperando cada vez que expire el temporizador de retardo de reenvío. Este retraso es de 15 segundos para cada estado, escuchando y aprendiendo, para un total de 30 segundos. Este retraso puede presentar un problema para los clientes DHCP que intentan detectar un servidor DHCP. Los mensajes DHCP del host conectado no se reenviarán durante los 30 segundos de temporizadores de retardo de reenvío y el proceso DHCP puede agotarse. El resultado es que un cliente IPv4 no recibirá una dirección IPv4 válida.

Note: Aunque esto puede ocurrir con clientes que envían mensajes de solicitud de enrutador ICMPv6, el enrutador continuará enviando mensajes de anuncio de enrutador ICMPv6 para que el dispositivo sepa cómo obtener su información de dirección.

Cuando un puerto de conmutador se configura con PortFast, ese puerto pasa del bloqueo al estado de reenvío inmediatamente, omitiendo los estados de escucha y aprendizaje STP y evitando un retraso de 30 segundos. Use PortFast en los puertos de acceso para permitir que los dispositivos conectados a estos puertos, como los clientes DHCP, accedan a la red de inmediato, en lugar de esperar a que STP converja en cada VLAN. Debido a que el propósito de PortFast es minimizar el tiempo que los puertos de acceso deben esperar a que el árbol de expansión converja, solo debe usarse en los puertos de acceso. Si habilita PortFast en un puerto que se conecta a otro switch, corre el riesgo de crear un bucle de árbol de expansión. PortFast solo se puede usar en puertos conmutadores que se conectan a dispositivos finales.

En una configuración de PortFast válida, nunca se deben recibir BPDU, ya que esto indicaría que hay otro puente o switch conectado al puerto, lo que podría causar un bucle de árbol de expansión. Esto potencialmente causa un bucle de árbol de expansión. Para evitar que se produzca este tipo de escenario, los switches Cisco admiten una función llamada guardia BPDU. Cuando está habilitado, inmediatamente pone el puerto del conmutador en un estado errdisabled (error-disabled) al recibir cualquier BPDU. Esto protege contra posibles bucles al apagar eficazmente el puerto. La característica de protección BPDU proporciona una respuesta segura a la configuración no válida, ya que se debe volver a activar la interfaz de forma manual.

5.3.5 Alternativas a STP

STP era y sigue siendo un protocolo de prevención de bucles Ethernet. A lo largo de los años, las organizaciones requerían una mayor resiliencia y disponibilidad en la LAN. Las LAN Ethernet pasaron de unos pocos conmutadores interconectados conectados conectados a un único enrutador, a un sofisticado diseño de red jerárquica que incluye conmutadores de acceso, distribución y capa central, como se muestra en la figura.

Dependiendo de la implementación, la capa 2 puede incluir no solo la capa de acceso, sino también la distribución o incluso las capas principales. Estos diseños pueden incluir cientos de switches, con cientos o incluso miles de VLAN. STP se ha adaptado a la redundancia y complejidad añadida con mejoras, como parte de RSTP y MSTP.

Un aspecto importante del diseño de red es la convergencia rápida y predecible cuando se produce un error o un cambio en la topología. El árbol de expansión no ofrece las mismas eficiencias y predecibilidades proporcionadas por los protocolos de enrutamiento en la Capa 3. La figura muestra un diseño de red jerárquica tradicional con los conmutadores multicapa de distribución y núcleo que realizan enrutamiento.

El enrutamiento de capa 3 permite rutas y bucles redundantes en la topología, sin bloquear puertos. Por esta razón, algunos entornos están en transición a la capa 3 en todas partes, excepto donde los dispositivos se conectan al conmutador de capa de acceso. En otras palabras, las conexiones entre los conmutadores de capa de acceso y los conmutadores de distribución serían Capa 3 en lugar de Capa 2, como se muestra en la siguiente figura.

Aunque es muy probable que STP siga utilizándose como mecanismo de prevención de bucles en la empresa, en los conmutadores de capa de acceso también se están utilizando otras tecnologías, incluidas las siguientes:

Agregación de enlaces de

• Múltiples sistemas (MLAG)
• Puente de ruta más corta (SPB)
• Interconexión transparente de muchos enlaces. (TRILL)

Note: Estas tecnologías están fuera del alcance de este curso.