STP – Protocolo Spanning Tree explicado

O que é STP?

STP é um protocolo de gerenciamento de link projetado para suportar links redundantes que interrompem a comutação de loops na rede STP. É um protocolo de Camada 2 executado em pontes e switches, que deve ser habilitado nas interfaces do switch. Protocolos STP padronizados pelo IEEE como IEE 802.1D. A forma completa do STP é o Spanning Tree Protocol.

Por que precisamos do STP?

Aqui estão algumas situações em que o Spanning Tree Protocol é importante:

  • A confiabilidade (tolerância a falhas) da rede aumenta exponencialmente com a introdução de redundância.
  • Os switches inundam o tráfego de todas as portas, quando o tráfego precisa ser enviado para um destino que ainda não é conhecido.
  • O tráfego de broadcast e multicast é encaminhado para todas as portas, exceto a porta na qual o tráfego chegou.
  • O Spanning-Tree Protocol é usado para criar uma topologia lógica sem loop a partir de uma topologia física que possui loops.

Como funciona o STP? Exemplo

As árvores geradoras usam um algoritmo para procurar links redundantes no LAN e selecione os melhores caminhos. É usado principalmente para colocar todos os links em encaminhamento ou bloqueio.

Após esse processo, todos os links sem link redundante provavelmente estarão no estado de encaminhamento. Os links redundantes que não fossem tão bons quanto os links selecionados estariam bloqueando. Spanning Tree nunca usa vários links para o mesmo destino. Não há recurso de compartilhamento de carga com Spanning Tree.

Tipos de STP

Aqui estão diferentes tipos de protocolos Spanning Tree:

Padrão Descrição Abreviatura
IEEE 802D. Prevenção de Loop
Reconfiguração automática da árvore em caso de qualquer alteração
Convergência lenta (até 50 bps)
STP
IEEE 802w Protocolo Spanning Tree Rápido

  • STP aprimorado com convergência mais rápida
  • Compatível com versões anteriores com STP
RSTP
IEEE 802T LAN virtual
Definindo uma árvore geradora comum para todas as VLANs
CST
Cisco
Proprietário
Por árvore abrangente de VLAN

  • Instância 1STP por VLAN
  • PVST + é uma variante melhorada do PVST
PVRST+ ouR-PVST+
Cisco
Proprietário
Por árvore de abrangência rápida de VLAN PVRST+ ouR-PVST+
IEEE 802.1s Protocolo Spanning Tree múltiplo
Várias instâncias de VLAN mapeadas para 1 STP.
MSTP ou Ml STP

Critérios para Spanning Tree

Os três critérios para o loop Spanning Tree ajudam a decidir se a interface está no estado de encaminhamento:

  • Todas as interfaces na ponte raiz devem ser colocadas em estado de encaminhamento.
  • Para outras pontes que não sejam a ponte raiz, a porta mais próxima da ponte raiz é colocada em estado de encaminhamento.
  • A ponte com a menor distância administrativa até a ponte raiz é conhecida como ponte designada.

Estágio do Protocolo STP

Quatro estágios dos estados da porta Spanning-Tree são:

Etapas do STP
Etapas do STP

Estado de bloqueio

O estado de bloco é uma porta não designada e nunca participa do encaminhamento de quadros. Seu limite de tempo é de 20 segundos ou ilimitado. Uma interface sempre entra no estado de bloqueio quando você habilita o STP.

Estado de escuta

O estado de escuta é o primeiro estado. É uma interface que é inserida após o estado de bloqueio. A interface ajuda você a determinar qual a interface que deve participar do encaminhamento de quadros.

O estado de escuta executa o seguintewing funções:

  • Descarta frames recebidos na porta
  • Não aprende endereços
  • Recebe BPDUs

Estado de aprendizagem

O estado de aprendizagem ajuda a preparar-se para participar do encaminhamento de quadros. A interface nos permite entrar no estado de aprendizagem a partir da lista de escuta.

O estado de aprendizagem executa o seguintewing funções:

  • Descarta frames recebidos na porta
  • Recebe BPDUs
  • Aprende endereços

Estado de encaminhamento

Uma interface no estado de encaminhamento forma os quadros de encaminhamento. Esta interface entra no estado de encaminhamento a partir do estado de aprendizagem que executa o seguintewing funções:

  • Recebe e encaminha frames recebidos na porta
  • Aprende endereços
  • Recebe BPDUs

Estado desativado

Este estado não participa do loop Spanning Tree porque a porta está desabilitada administrativamente e seu tempo também é ilimitado.

Uma interface desabilitada executa o seguintewing funções:

  • Descarta frames recebidos na porta
  • Não aprende endereços
  • Não recebe BPDUs

Termos importantes usados ​​no Spanning Tree Protocol

Aqui estão alguns termos importantes usados

ponte

Bridge é um componente importante do VTP, que conecta dois ou mais segmentos de LAN.

Ponte Raiz (RB)

É a ponte que oferece um ponto de interligação para todos os segmentos. Todas as pontes em uma LAN possuem um caminho para a raiz. O STP permite selecionar a ponte raiz automaticamente. Porém, se o administrador da rede STP quiser, ele pode alterar o RB de acordo com a rede.

Ponte Não Raiz (NRB)

Uma ponte raiz do meio-dia é qualquer ponte que não seja a ponte raiz.

Porta raiz (RP)

A porta raiz é uma porta que leva ao Root Bridge.

Porta Designada (DP):

Cada segmento LAN possui 1 porta designada. Cada ponte também recebe os quadros do DP e os encaminha através de seu RP para a Ponte Raiz.

ID da porta:

O ID da porta ajuda você a decidir a porta raiz. Consiste em um valor de prioridade configurável de 1 byte e um número de porta exclusivo para cada ponte.

Custo do caminho (PC):

Path Cost, também conhecido como PC, ajuda a decidir a melhor topologia em relação à velocidade de encaminhamento. STP usa o conceito de Path Cost.

Portas Designadas

Uma porta designada é uma porta desabilitada e bloqueada por um administrador de rede. Esta porta não pode enviar um pacote para outro switch. Também não é um endereço MAC preenchido na tabela MAC.

Portas não designadas

Uma porta não designada é uma porta de switch que está bloqueada. Também é conhecida como porta bloqueada ou, às vezes, porta alternativa. Ele não pode encaminhar pacotes para o próximo switch. Também não preenche o Endereço MAC na tabela MAC.

RSTP:

Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) é um protocolo de rede que garante uma topologia sem loop para redes Ethernet.

Unidades de dados de protocolo de ponte (BPDU)

O Spanning Tree Protocol requer um dispositivo de rede STP para trocar mensagens para ajudar a partir de uma topologia lógica sem loop. Essas mensagens são chamadas de BPDUS (Bridge Protocol Data Units). Cada dispositivo de rede envia BPDUs, o que ajuda a trocar informações de topologia.

BPDUS ajuda os switches a fazerem o seguintewing:

  • Selecione um único switch que atuará como a raiz da árvore geradora
  • O BPDUS também ajuda a calcular o caminho mais curto de si mesmo até o switch raiz, que é designado um dos switches como o mais próximo da raiz para cada segmento da LAN.
  • Selecione uma de suas portas como porta raiz (se não for um switch)
  • Selecione a porta que faz parte do algoritmo spanning tree, chamada de portas designadas.
  • Bloqueia as portas não designadas.

Configuração BPDU

É um ID de ponte exclusivo do dispositivo raiz na topologia de rede. Ele atua como um ID da ponte de transmissão, um identificador da porta de transmissão.

Notificação de alteração de topologia (TCN) BPDU

Um dispositivo de rede é selecionado como ponte raiz. A distância mais curta até a ponte raiz deve ser calculada para cada dispositivo de rede com base no custo do caminho.

Uma ponte designada para cada segmento LAN é selecionada. Este também é o dispositivo de rede mais próximo da ponte raiz, portanto deve ser encaminhado para a raiz. Esta é a porta que fornece o melhor caminho da ponte para qualquer ponte raiz.

Diferenças entre STP e RSTP

STP RSTP
No STP, a ponte só envia um BPDU quando revisada em seu RP (protocolo raiz) do RB (a ponte raiz). O RSTP permite que o switch envie BPDU a cada momento de saudação.
STP inclui dois tipos de porta: Porta Raiz e Porta Designada O método RSTP inclui porta adicional, porta alternativa e portas de backup.

Resumo

O protocolo STP é definido como um protocolo de gerenciamento de link projetado para suportar links redundantes que interrompem a comutação de loops na rede STP.

Estado Descrição Processar BPDUs Aprenda MAC
Inti Inicialização de uma porta. NÃO NÃO
Desativado Estado administrativo que não participa nas operações padrão de STP. NÃO Não
Bloqueio A porta não encaminha quadros Ethernet. Sim (receber e processar apenas BPDUS) Não
Escuta O cálculo da topologia sem loop é realizado neste estado STP. A porta recebe sua função. Sim (Enviar e receber BPDUS) NÃO
Aprendendo a É um estado adicional para atrasar o encaminhamento de quadros Ethernet, o que ajuda a evitar inundar a rede. Sim Sim (tabela de endereços MAC popular)
Encaminhamento Operação normal de encaminhamento de quadros Ethernet. Sim Sim