5.4 ¿Qué aprenderé en este módulo?

 5.4.1 ¿Qué aprenderé en este módulo?

Propósito de STP

Las rutas redundantes en una red Ethernet conmutada pueden causar bucles de Capa 2 físicos y lógicos. Un bucle de capa 2 puede provocar inestabilidad en la tabla de direcciones MAC, saturación de enlaces y alta utilización de CPU en conmutadores y dispositivos finales. Esto hace que la red se vuelva inutilizable. A diferencia de los protocolos de Capa 3, IPv4 e IPv6, Layer 2 Ethernet no incluye un mecanismo para reconocer y eliminar tramas de bucle sin fin. Las LAN Ethernet requieren una topología sin bucles con una única ruta entre dos dispositivos. STP es un protocolo de red de prevención de bucles que permite redundancia mientras crea una topología de capa 2 sin bucles. Sin STP, se pueden formar bucles de capa 2, lo que hace que las tramas de difusión, multidifusión y unicast desconocidos se reproduzcan sin fin, lo que reduce una red. Una tormenta de difusión es un número anormalmente alto de emisiones que abruman la red durante un período específico de tiempo. Las tormentas de difusión pueden deshabilitar una red en cuestión de segundos al abrumar los conmutadores y los dispositivos finales. STP se basa en un algoritmo inventado por Radia Perlman. Su algoritmo de árbol de expansión (STA) crea una topología sin bucles al seleccionar un único puente raíz donde todos los demás conmutadores determinan una única ruta de menor costo.

Operaciones STP

Usando STA, STP crea una topología sin bucles en un proceso de cuatro pasos: elija el puente raíz, elija los puertos raíz, elija los puertos designados y elija los puertos alternativos (bloqueados). Durante las funciones STA y STP, los conmutadores utilizan BPDU para compartir información sobre sí mismos y sus conexiones. Las BPDU se utilizan para elegir el puente raíz, los puertos raíz, los puertos designados y los puertos alternativos. Cada BPDU contiene un BID que identifica al switch que envió la BPDU. El BID participa en la toma de muchas de las decisiones STA, incluidos los roles de puente raíz y puerto. El BID contiene un valor de prioridad, la dirección MAC del conmutador y un ID de sistema extendido. El valor de BID más bajo lo determina la combinación de estos tres campos. El switch que tiene el BID más bajo se convierte en el puente raíz. Dado que el BID predeterminado es 32.768, es posible que dos o más conmutadores tengan la misma prioridad. En este escenario, donde las prioridades son las mismas, el conmutador con la dirección MAC más baja se convertirá en el puente raíz. Cuando se ha elegido el puente raíz para una instancia de árbol de expansión dado, el STA determina las mejores rutas al puente raíz desde todos los destinos en el dominio de difusión. La información de la ruta, conocida como el costo interno de la ruta raíz, está determinada por la suma de todos los costos de los puertos individuales a lo largo de la ruta desde el conmutador hasta el puente raíz. Después de determinar el puente raíz, el algoritmo STA selecciona el puerto raíz. El puerto raíz es el puerto más cercano al puente raíz en términos de costo total, que se denomina costo de ruta raíz interna. Después de que cada switch selecciona un puerto raíz, los switches seleccionarán los puertos designados. El puerto designado es un puerto en el segmento (con dos switches) que tiene el costo de ruta raíz interna al puente raíz. Si un puerto no es un puerto raíz o un puerto designado, se convierte en un puerto alternativo (o de copia de seguridad). Los puertos alternativos y los puertos de respaldo están en estado de descarte o bloqueo para evitar bucles. Cuando un switch tiene varias rutas de igual costo al puente raíz, el switch determinará un puerto utilizando los siguientes criterios: BID del remitente más bajo, prioridad del puerto del remitente más bajo y, finalmente, el ID del puerto del remitente más bajo. La convergencia STP requiere tres temporizadores: el temporizador de saludo, el temporizador de retardo de avance y el temporizador de edad máxima. Los estados de puerto están bloqueando, escuchando, aprendiendo, reenviando y deshabilitados. En las versiones PVST de STP, hay un puente raíz elegido para cada instancia de árbol de expansión. Esto hace posible tener diferentes puentes raíz para diferentes conjuntos de VLAN.

Evolución de STP

El término Protocolo Spanning Tree y el acrónimo STP pueden ser engañosos. STP se utiliza a menudo para hacer referencia a las diversas implementaciones del árbol de expansión, como RSTP y MSTP. RSTP es una evolución de STP que proporciona una convergencia más rápida que STP. Los estados del puerto RSTP están aprendiendo, reenviando y descartando. PVST + es una mejora de Cisco de STP que proporciona una instancia de árbol de expansión separada para cada VLAN configurada en la red. PVST + admite PortFast, UplinkFast, BackboneFast, protección BPDU, filtro BPDU, protección raíz y protección de bucle. Los switches de Cisco con IOS 15.0 o posterior ejecutan PVST+ de manera predeterminada. Rapid PVST+ es una mejora de Cisco de RSTP que utiliza PVST+ y proporciona una instancia independiente de 802.1w por VLAN. 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. Los switches Cisco admiten una función llamada BPDU guard que coloca inmediatamente el puerto del switch en un estado de error deshabilitado al recibir cualquier BPDU para protegerlo contra posibles bucles. A lo largo de los años, las LAN Ethernet pasaron de unos pocos conmutadores interconectados conectados conectados a un único router, a un sofisticado diseño de red jerárquica. 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. 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.