Evolución de STP
Resumen
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Tabla de Contenido
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 el árbol de expansión está contenido en IEEE-802-1D-2004, el estándar IEEE para redes de áreas locales y metropolitanas: Media Access Control (MAC) Bridges. Esta versión de la norma establece que los switches y bridges que cumplan con la norma utilizarán el protocolo Rapid Spanning Tree (RSTP) en lugar del antiguo protocolo STP especificado en la norma original 802.1d. En este plan de estudios, cuando el protocolo original de árbol de expansión es el contexto de una discusión, se utiliza la frase “árbol de expansión original 802.1D” 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.
| Variedad STP | Descripción |
|---|---|
| STP | Esta es la versión original de IEEE 802.1D (802.1D-1998 y versiones anteriores) que proporciona una topología sin bucles en una red con enlaces redundantes. También llamado Common Spanning Tree (CST), asume una instancia de árbol de expansión para toda la red puenteada, independientemente de la cantidad de VLAN. |
| PVST+ | Per-VLAN Spanning Tree (PVST+) es una mejora de Cisco de STP que proporciona una instancia de árbol de expansión 802.1D independiente para cada VLAN configurada en la red. El PVST+ soporta PortFast, UplinkFast, BackboneFast, BPDU guard, filtro BPDU, root guard y loop guard. |
| 802.1D-2004 | Esta es una versión actualizada del estándar STP, que incorpora IEEE 802.1w. |
| RSTP | El Protocolo de Árbol de expansión rápida (RSTP) o IEEE 802.1w es una evolución de STP que proporciona una convergencia más rápida que la STP. |
| Rapid PVST+ | Se trata de una mejora de Cisco de RSTP que utiliza PVST+ y proporciona una instancia separada de 802,1w por VLAN. Cada instancia separada soporta PortFast, BPDU guard, filtro BPDU, root guard y loop guard. |
| MSTP | El Protocolo de Árbol de expansión Múltiple (MSTP) es un estándar del IEEE inspirado en la anterior implementación de STP de Instancia Múltiple (MISTP) de Cisco. MSTP mapea múltiples VLANs en la misma instancia de árbol de expansión. |
| MST | Multiple Spanning Tree (MST) es la implementación de Cisco de MSTP, que proporciona hasta 16 instancias de RSTP y combina muchas VLAN con la misma topología física y lógica en una instancia común de RSTP. Cada instancia soporta PortFast, BPDU guard, filtro BPDU, root guard y loop guard. |
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 que ejecutan IOS 15.0 o posterior, ejecutan PVST+ por defecto. Esta versión incorpora muchas de las especificaciones de IEEE 802.1D-2004, como puertos alternativos en lugar de los antiguos puertos no designados. Los switches deben configurarse explícitamente para el modo de árbol de expansión rápida para poder ejecutar el protocolo de árbol de expansión rápida.
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.
Nota: 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.
3. Estados de Puerto RSTP y Roles de Puerto
Los estados de puerto y los roles de puerto entre STP y RSTP son similares.
Haz clic en cada botón para una comparación entre los estados de puerto STP y RSTP y los roles de puerto.
Solo hay tres estados de puerto en RSTP que corresponden a los tres estados operativos posibles en STP. Los estados de desactivación, bloqueo y escucha 802.1D se fusionan en un único estado de descarte 802.1w.
Como se muestra en la figura, los puertos raíz y los puertos designados son los mismos para STP y RSTP. Sin embargo, hay dos roles de puerto RSTP que corresponden al estado de bloqueo de STP. En STP, un puerto bloqueado se define como puerto no designado o no raíz. RSTP tiene dos funciones de puerto para este propósito.
Como se muestra en la figura, el puerto alternativo tiene una ruta alternativa al puente raíz. El puerto de copia de seguridad es una copia de seguridad en un medio compartido, como un concentrador/hub. Un puerto de copia de seguridad es menos común porque ahora los concentradores se consideran dispositivos heredados.
4. PortFast y BPDU Guard
Cuando un dispositivo está conectado a un puerto del switch o cuando un switch se enciende, el puerto del switch pasa por los estados de escucha y aprendizaje, esperando cada vez que expire el Forward Delay timer. 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 Forward Delay 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 ICMPv6 Router Solicitation, el router continuará enviando mensajes de ICMPv6 Router Advertisement para que el dispositivo sepa cómo obtener su información de dirección.
Cuando un puerto de switch 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. Usa 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 habilitas PortFast en un puerto que se conecta a otro switch, corres el riesgo de crear un bucle de árbol de expansión. PortFast solo se puede usar en puertos switch 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 BPDU guard. Cuando está habilitado, inmediatamente pone el puerto del switch 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 (BPDU guard) proporciona una respuesta segura a la configuración no válida, ya que se debe volver a activar la interfaz de forma manual.
5. Alternativas a STP
STP era y sigue siendo un protocolo de prevención de bucles de Ethernet. A lo largo de los años, las organizaciones requirieron mayor resistencia y disponibilidad en la LAN. Las LAN Ethernet pasaron de unos pocos switches interconectados conectados a un solo router, a un sofisticado diseño de red jerárquica que incluía switches de acceso, distribución y capa de núcleo, 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 la capa de núcleo. 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 switches 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 switch de capa de acceso. En otras palabras, las conexiones entre los switches de capa de acceso y los switches 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 switches de capa de acceso también se están utilizando otras tecnologías, incluidas las siguientes:
- Multi System Link Aggregation (MLAG)
- Shortest Path Bridging (SPB)
- Transparent Interconnect of Lots of Links (TRILL)
Note: Estas tecnologías están fuera del alcance de este curso.
Glosario: Si tienes dudas con algún término especial, puedes consultar este diccionario de redes informáticas.
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