STP: explicación del protocolo de árbol de expansión
Bryce León
⚡ Resumen inteligente
El Protocolo de Árbol de Expansión (STP) es un estándar de gestión de enlaces de capa 2, IEEE 802.1D, que evita bucles de conmutación en redes con enlaces redundantes mediante la elección de un puente raíz y la colocación de los puertos de respaldo en un estado de bloqueo.
¿Qué es STP?
El Protocolo de Árbol de Expansión (STP) es un protocolo de gestión de enlaces diseñado para admitir enlaces redundantes y evitar bucles de conmutación en la red. Capa 2 Protocolo que se ejecuta en puentes y conmutadores y que debe habilitarse en las interfaces del conmutador. IEEE lo estandarizó como IEEE 802.1D.
¿Por qué necesitamos STP?
Los enlaces redundantes mejoran la tolerancia a fallos, pero sin un mecanismo de prevención de bucles también pueden crear peligrosos bucles de conmutación. Estas son las situaciones en las que el Protocolo Spanning Tree cobra importancia:
- La fiabilidad (tolerancia a fallos) de la red aumenta significativamente mediante la introducción de redundancia.
- Los conmutadores desvían el tráfico de todos los puertos cuando este debe llegar a un destino aún desconocido.
- El tráfico de difusión y multidifusión se reenvía a través de todos los puertos excepto aquel por el que llegó.
- STP crea una topología lógica sin bucles a partir de una topología física que contiene bucles.
¿Cómo funciona STP? Ejemplo
El árbol de expansión utiliza un algoritmo para buscar los enlaces redundantes en el LAN y selecciona las mejores rutas. Coloca cada enlace en un estado de reenvío o de bloqueo.
Tras este proceso, los enlaces sin una alternativa redundante permanecen en estado de reenvío. Los enlaces redundantes que no se seleccionaron como la mejor ruta se configuran como bloqueantes. El protocolo Spanning Tree nunca utiliza varios enlaces al mismo destino, por lo que no proporciona balanceo de carga.
Tipos de STP
Estos son los diferentes tipos de protocolos Spanning Tree:
| Estándar | Mareas Ideales para Lecciones | Abreviatura |
|---|---|---|
| IEEE 802.1D | Prevención de bucles; reconfiguración automática del árbol tras cualquier cambio; convergencia lenta (hasta 50 segundos). | STP |
| IEEE 802.1w — Protocolo de árbol de expansión rápida | STP mejorado con convergencia más rápida; compatible con versiones anteriores de STP. | RSTP |
| IEEE 802.1Q — Red de área local virtual | Define un árbol de expansión común para todas las VLAN. | CST |
| Cisco Propietario: Spanning Tree por VLAN | Una instancia de STP por VLAN; PVST+ es una variante mejorada de PVST. | PVST+ |
| Cisco Propietario: Árbol de expansión rápida por VLAN | Convergencia rápida por VLAN | PVRST+ / R-PVST+ |
| IEEE 802.1s — Protocolo de árbol de expansión múltiple | Varias VLAN asignadas a una única instancia de STP. | MSTP |
Criterios para el árbol de expansión
Tres criterios determinan qué interfaces se colocan en estado de reenvío:
- Todas las interfaces del puente raíz se ponen en estado de reenvío.
- Para los puentes que no son el puente raíz, el puerto más cercano al puente raíz (con el menor coste de ruta) se pone en estado de reenvío.
- El puente con el menor coste de recorrido hasta el puente raíz en un segmento se conoce como puente designado.
Etapas del protocolo STP
Un puerto Spanning Tree transita por varios estados antes de reenviar el tráfico, como muestra el siguiente diagrama:
Estado de bloqueo
Un puerto de bloqueo es un puerto no designado que nunca participa en el reenvío de tramas. Su temporizador es de 20 segundos (el valor max-age). Una interfaz siempre entra en estado de bloqueo cuando se habilita STP.
Estado de escucha
El estado de escucha es el primer estado transitorio al que entra un puerto después de bloquearse. En este estado, el puerto determina si debe participar en el reenvío de tramas. El estado de escucha realiza las siguientes funciones:
- Descarta las tramas recibidas en el puerto.
- No aprende direcciones MAC
- Recibe BPDU
Estado de aprendizaje
El estado de aprendizaje prepara el puerto para participar en el reenvío de tramas. Un puerto pasa del estado de escucha al estado de aprendizaje y realiza las siguientes funciones:
- Descarta las tramas recibidas en el puerto.
- Recibe BPDU
- aprende Direcciones MAC
Estado de reenvío
Un puerto en estado de reenvío reenvía tramas. Entra en el estado de reenvío desde el estado de aprendizaje y realiza las siguientes funciones:
- Recibe y reenvía las tramas recibidas en el puerto.
- Aprende direcciones MAC
- Recibe BPDU
Estado deshabilitado
Un puerto deshabilitado no participa en el Spanning Tree porque está desactivado administrativamente; su tiempo de ejecución es ilimitado. Una interfaz deshabilitada realiza las siguientes funciones:
- Descarta las tramas recibidas en el puerto.
- No aprende direcciones MAC
- No recibe BPDU
Términos importantes utilizados en el protocolo Spanning Tree
Aquí tienes algunos términos importantes utilizados en STP:
Puente
Un puente es un componente importante de STP que conecta dos o más segmentos de LAN.
Puente raíz (RB)
El puente raíz ofrece un punto de interconexión para todos los segmentos, y cada puente en una LAN tiene una ruta hacia él. STP selecciona automáticamente el puente raíz, aunque un administrador de red puede cambiarlo cuando sea necesario.
Puente sin raíz (NRB)
Un puente que no es la raíz es cualquier puente que no sea el puente raíz.
Puerto raíz (RP)
El puerto raíz es el puerto que conduce hacia el puente raíz.
Puerto Designado (PD)
Cada segmento de LAN tiene un puerto designado. Cada puente recibe tramas en su puerto designado y las reenvía a través de su puerto raíz hacia el puente raíz.
ID de puerto
El ID del puerto ayuda a determinar el puerto raíz. Consta de un valor de prioridad configurable de 1 byte y un número de puerto único para cada puente.
Costo de ruta (CP)
El costo de ruta ayuda a determinar la mejor topología en términos de velocidad de reenvío; un enlace de menor ancho de banda conlleva un costo mayor. STP utiliza el costo de ruta para elegir la ruta más corta hacia el puente raíz.
Puerto no designado
Un puerto no designado es un puerto de conmutador bloqueado, también llamado puerto alternativo o bloqueado. No puede reenviar tramas al siguiente conmutador y no se registra en la tabla de direcciones MAC.
RSTP
El Protocolo de Árbol de Expansión Rápida (RSTP) es un protocolo de red que garantiza una topología sin bucles para redes Ethernet y converge mucho más rápido que el STP original.
Unidades de datos de protocolo de puente (BPDU)
El protocolo Spanning Tree requiere que los dispositivos de red intercambien mensajes para formar una topología lógica sin bucles. Estos mensajes se denominan BPDU (Unidades de Datos del Protocolo de Puente). Cada dispositivo de red envía BPDU para compartir información sobre la topología.
Las BPDU ayudan a los conmutadores a realizar lo siguiente:
- Seleccione un único switch para que actúe como raíz del árbol de expansión.
- Calcula la ruta más corta desde cada switch hasta el switch raíz, designando un switch como el más cercano a la raíz para cada segmento de LAN.
- Seleccione un puerto en cada switch como su puerto raíz (si no es el switch raíz).
- Identifique los puertos que forman parte del árbol de expansión como puertos designados.
- Bloquear los puertos no designados.
Configuración BPDU
Una BPDU de configuración transporta el ID de puente del dispositivo raíz, el ID de puente del dispositivo raíz. transmitpuente de ting y un identificador del transmitpuerto de ting.
BPDU de notificación de cambio de topología (TCN)
Un switch envía una BPDU TCN al puente raíz cuando detecta un cambio en la topología de la red, como la activación o desactivación de un enlace. El puente raíz ordena entonces a cada switch que reduzca el tiempo de caducidad de su tabla de direcciones MAC para que las entradas obsoletas se eliminen rápidamente.
Diferencias entre STP y RSTP
La siguiente tabla destaca las principales diferencias entre STP y RSTP:
| STP | RSTP |
|---|---|
| En STP, un puente solo envía una BPDU cuando recibe una en su puerto raíz desde el puente raíz. | RSTP permite que cada switch envíe una BPDU en cada intervalo de saludo. |
| STP define dos roles de puerto: puerto raíz y puerto designado. | RSTP añade dos funciones más: el puerto alternativo y el puerto de respaldo. |
Tabla de referencia de estados portuarios STP
La siguiente tabla resume el estado de cada puerto STP, si procesa BPDU y si aprende direcciones MAC:
| Estado | Mareas Ideales para Lecciones | Procesar BPDU | Aprender MAC |
|---|---|---|---|
| En eso | Inicialización de un puerto. | No | No |
| Desactivado | Estado administrativo que no participa en las operaciones estándar de STP. | No | No |
| de amargo | El puerto no reenvía tramas Ethernet. | Sí (solo recibe y procesa BPDU) | No |
| Escucha Activa | En este estado se calcula la topología sin bucles y se asigna su función al puerto. | Sí (envía y recibe BPDU) | No |
| Aprendizaje | Un estado adicional que retrasa el reenvío de tramas para evitar la saturación de la red. | Sí: | Sí (rellena la tabla de direcciones MAC) |
| Reenvío | Funcionamiento normal, reenvío de tramas Ethernet. | Sí: | Sí: |
