STP: explicación del protocolo de árbol de expansión

¿Por qué necesitamos STP?

Aquí hay alguna situación en la que el protocolo Spanning Tree es importante:

• La confiabilidad (tolerancia a fallas) de la red aumenta exponencialmente mediante la introducción de la redundancia.
• Conmuta el tráfico de inundación fuera de todos los puertos, cuando el tráfico necesita enviarse a un destino que aún no se conoce.
• El tráfico de difusión y multidifusión se reenvía a todos los puertos, excepto al puerto al que llegó el tráfico.
• El protocolo Spanning-Tree se utiliza para crear una topología lógica sin bucles a partir de una topología física que tiene bucles.

¿Cómo funciona STP? Ejemplo

Los árboles de expansión utilizan un algoritmo para buscar enlaces redundantes en el LAN y seleccionar los mejores caminos. Se utiliza principalmente para reenviar o bloquear todos los enlaces.

Después de este proceso, es probable que todos los enlaces sin un enlace redundante estén en estado de reenvío. Los enlaces redundantes que no fueran tan buenos como los enlaces seleccionados se bloquearían. Spanning Tree nunca utiliza múltiples enlaces al mismo destino. No existe ninguna función de carga compartida con Spanning Tree.

Tipos de STP

A continuación se muestran diferentes tipos de protocolos de árbol de expansión:

Estándar	Descripción	Abreviatura
IEEE 802. 1D.	Prevención de bucle Reconfiguración automática del árbol en caso de cualquier cambio. Convergencia lenta (hasta 50 pb)	STP
IEEE 802. 1w	Protocolo de árbol de expansión rápida STP mejorado con una convergencia más rápida Compatible con versiones anteriores de STP	RSTP
IEEE 802Q	LAN virtual Definición de 1 árbol de expansión común para todas las VLAN	CST
Cisco Propiedad	Por árbol de expansión de VLAN 1 instancia STP por VLAN PVST+ es una variante mejorada de PVST	PVRST+ o R-PVST+
Cisco Propiedad	Por árbol de expansión rápida de VLAN	PVRST+ o R-PVST+
IEEE 802.1s	Protocolo de árbol de expansión múltiple Varias instancias de VLAN asignadas a 1 STP.	MSTP o Ml STP

Criterios para el árbol de expansión

Los tres criterios para que el bucle Spanning Tree ayude a decidir si la interfaz está en estado de reenvío son:

• Todas las interfaces del puente raíz deben ponerse en estado de reenvío.
• Para otros puentes que no son el puente raíz, el puerto más cercano al puente raíz se pone en estado de reenvío.
• El puente con la distancia administrativa más baja al puente raíz se conoce como puente designado.

Etapa del protocolo STP

Las cuatro etapas de los estados portuarios Spanning-Tree son:

Estado de bloqueo

El estado de bloque es un puerto no designado y nunca participa en el reenvío de tramas. Su límite de tiempo es de 20 segundos o ilimitado. Una interfaz siempre entra en estado de bloqueo cuando habilita STP.

Estado de escucha

El estado de escucha es el primer estado. Es una interfaz a la que se ingresa después del estado de bloqueo. La interfaz le ayuda a determinar que la interfaz que debería participar en el reenvío de tramas.

El estado de escucha realiza las siguientes funciones:

• Descarta las tramas recibidas en el puerto.
• No aprende direcciones
• Recibe BPDU

Estado de aprendizaje

El estado de aprendizaje ayuda a prepararse para participar en el reenvío de tramas. La interfaz nos permite ingresar al estado de aprendizaje desde la pizarra de escucha.

El estado de aprendizaje realiza las siguientes funciones:

• Descarta las tramas recibidas en el puerto.
• Recibe BPDU
• Aprende direcciones

Estado de reenvío

Una interfaz en estado de reenvío forma parte de las tramas de reenvío. Esta interfaz ingresa al estado de reenvío desde el estado de aprendizaje, que realiza las siguientes funciones:

• Recibe y reenvía tramas que se reciben en el puerto.
• Aprende direcciones
• Recibe BPDU

Estado deshabilitado

Este estado no participa en el bucle Spanning Tree porque el puerto está administrativamente deshabilitado y su temporización también es ilimitada.

Una interfaz deshabilitada realiza las siguientes funciones:

• Descarta las tramas recibidas en el puerto.
• No aprende direcciones
• No recibe BPDU

Términos importantes utilizados en el protocolo Spanning Tree

A continuación se muestran algunos términos importantes utilizados.

Puente

El puente es un componente importante de VTP, que conecta dos o más segmentos de LAN.

Puente raíz (RB)

Es el puente que ofrece un punto de interconexión para todos los segmentos. Todos los puentes de una LAN tienen una ruta hacia la raíz. STP le permite seleccionar el puente raíz automáticamente. Sin embargo, si el administrador de la red STP lo desea, puede cambiar el RB según la red.

Puente sin raíz (NRB)

Un puente raíz del mediodía es cualquier puente que no sea el puente raíz.

Puerto raíz (RP)

El puerto raíz es un puerto que conduce hacia el Puente Raíz.

Puerto designado (DP):

Cada segmento de LAN tiene 1 puerto designado. Cada puente también recibe las tramas del DP y las reenvía a través de su RP hacia el Puente Raíz.

ID de puerto:

El ID del puerto le ayuda a decidir el puerto raíz. Consta de un valor de prioridad configurable de 1 byte y un número de puerto único de cada puente.

Costo de la ruta (PC):

Path Cost, también conocido como PC, ayuda a decidir la mejor topología con respecto a la velocidad de reenvío. STP utiliza el concepto de costo de ruta.

Puertos designados

Un puerto designado es un puerto deshabilitado y está bloqueado por un administrador de red. Este puerto no puede enviar un paquete a otro conmutador. Tampoco es una dirección MAC completa en la tabla MAC.

Puertos no designados

Un puerto no designado es un puerto de conmutador que está bloqueado. También se le conoce como puerto bloqueado o, a veces, puerto alternativo. No puede reenviar paquetes al siguiente conmutador. Tampoco puebla el dirección MAC en la tabla MAC.

RSTP:

Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) es un protocolo de red que garantiza una topología sin bucles para redes Ethernet.

Unidades de datos de protocolo de puente (BPDU)

El protocolo Spanning Tree requiere un dispositivo de red STP para intercambiar mensajes para ayudar desde una topología lógica sin bucles. Estos mensajes se denominan BPDUS (Unidades de datos de protocolo puente). Cada dispositivo de red envía BPDU, lo que ayuda a intercambiar información de topología.

BPDUS ayuda a los conmutadores a hacer lo siguiente:

• Seleccione un único interruptor que actuará como raíz del árbol de expansión.
• BPDUS también ayuda a calcular la ruta más corta desde sí mismo hasta el conmutador raíz, que se designa como uno de los conmutadores como el más cercano a la raíz para cada segmento de LAN.
• Seleccione uno de sus puertos como puerto raíz (si no es un conmutador)
• Seleccione el puerto que forma parte del algoritmo de árbol de expansión llamado puertos designados.
• Bloquea los puertos no designados.

Configuración BPDU

Es una ID de puente única del dispositivo raíz en la topología de la red. Actúa como ID de puente del puente transmisor, un identificador del puerto de transmisión.

BPDU de notificación de cambio de topología (TCN)

Se selecciona un dispositivo de red como puente raíz. La distancia más corta hasta el puente raíz debe calcularse para cada dispositivo de red en función del costo de la ruta.

Se selecciona un puente designado para cada segmento de LAN. Este también es el dispositivo de red más cercano al puente raíz, por lo que debe reenviarse a la raíz. Este es el puerto que proporciona la mejor ruta desde el puente hasta cualquier puente raíz.

Diferencias entre STP y RSTP

STP	RSTP
En STP, el puente solo envía una BPDU cuando se revisa en su RP (protocolo raíz) desde RB (el puente raíz).	RSTP permite que el conmutador envíe BPDU en cada momento de saludo.
STP incluye dos tipos de puertos: puerto raíz y puerto designado	El método RSTP incluye puerto adicional, puerto alternativo y puertos de respaldo.

Resum

El protocolo STP se define como un protocolo de administración de enlaces diseñado para admitir enlaces redundantes que detiene los bucles de conmutación en la red STP.

Estado	Descripción	Procesar BPDU	Aprender MAC
Inti	Inicialización de un puerto.	NO	NO
Discapacitado	Estado administrativo que no participa en las operaciones estándar de STP.	NO	No
de amargo	El puerto no reenvía tramas Ethernet.	Sí (recibir y procesar solo BPDUS)	No
Escucha Activa	En este estado STP se realiza el cálculo de la topología sin bucles. Al puerto se le asigna su función.	Sí (enviar y recibir BPDUS)	NO
Aprendizaje	Es un estado adicional para retrasar el reenvío de las tramas Ethernet, lo que ayuda a evitar la inundación de la red.	Si	Sí (tabla de direcciones MAC popular)
Reenvío	Funcionamiento normal de reenvío de tramas Ethernet.	Si	Si