lan switching chapter5

© 2007 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. Cisco PublicITE PC v4.0Chapter 1 1

Implementación de protocolos spanning tree

LAN Inalámbrica y Conmutada – Capítulo 5

ITE PC v4.0Chapter 1 2© 2007 Cisco Systems, Inc. All rights reserved. Cisco Public

Objetivos

Explicar el papel de la redundancia en una red convergente

Resumir la forma en que funciona STP a la hora de eliminar los bucles de Capa 2 de una red convergente.

Explicar la forma en que el algoritmo de STP utiliza tres pasos para converger en una topología sin bucles.

Implementar PVST+ rápido en una LAN para evitar los bucles entre switches redundantes.


Redundancia en una red jerárquica La redundancia de Capa 2 mejora la disponibilidad de la red

con la implementación de rutas de red alternas mediante el agregado de equipos y cables. Al contar con varias rutas para la transmisión de los datos en la red, la interrupción de una sola ruta no genera impacto en la conectividad de los dispositivos en la red.


Redundancia en una red jerárquicaEn un diseño jerárquico, la redundancia se logra en las capas

de distribución y núcleo a través de hardware adicional y rutas alternativas entre dicho hardware.


Inconvenientes con la RedundanciaLa redundancia es una parte importante del diseño

jerárquico. Pese a que es importante para la disponibilidad, existen algunas consideraciones que deben atenderse antes de que la redundancia sea posible en una red.

5.1.2.1


Inconvenientes con la RedundanciaUna tormenta de broadcast se produce cuando existen tantas

tramas de broadcast atrapadas en un bucle de Capa 2, que se consume todo el ancho de banda disponible. En consecuencia, no existe ancho de banda disponible para el tráfico legítimo y la red queda no disponible para la comunicación de datos.

5.1.2.2


Inconvenientes con la RedundanciaLas tramas de broadcast no son el único tipo de tramas que

son afectadas por los bucles. Las tramas de unicast enviadas a una red con bucles pueden generar tramas duplicadas que llegan al dispositivo de destino.

5.1.2.3


Problemas reales de la RedundanciaLa redundancia es un componente importante de una topología de

red jerárquica de alta disponibilidad, pero los bucles pueden surgir como resultado de varias rutas configuradas en la red. Se pueden evitar los bucles mediante el protocolo spanning tree (STP). Sin embargo, si STP no se ha implementado en la preparación de una topología redundante, los bucles pueden ocurrir de improviso.


El Algoritmo de Spanning Tree



Topología STPSTP asegura que exista sólo una ruta lógica entre todos los

destinos de la red, al realizar un bloqueo de forma intencional a aquellas rutas redundantes que puedan ocasionar un bucle. Un puerto se considera bloqueado cuando el tráfico de la red no puede ingresar ni salir del puerto.


Algoritmo STPSTP utiliza el Algoritmo de Spanning Tree (STA) para determinar

los puertos de switch de la red que deben configurarse para el bloqueo a fin de evitar que se generen bucles.

El STA designa un único switch como puente raíz y lo utiliza como punto de referencia para todos los cálculos de rutas.


Algoritmo STP - Puente RaízToda instancia de spanning-tree (LAN conmutada o dominio de

broadcast) posee un switch designado como puente raíz. El puente raíz sirve como punto de referencia para todos los cálculos de spanning-tree para determinar las rutas redundantes que deben bloquearse.


Las Mejores Rutas al Puente RaízCuando se ha designado el puente raíz para la instancia de

spanning-tree, el STA comienza el proceso de determinar las mejores rutas hacia el puente raíz desde todos los destinos del dominio de broadcast.

La información de ruta se determina mediante la suma de los costos individuales de los puertos que atraviesa la ruta desde el destino al puente raíz.


Las Mejores Rutas al Puente Raíz


Campos BPDULa trama de BPDU contiene 12 campos distintos que se utilizan

para transmitir información de prioridad y de ruta que STP necesita para determinar el puente raíz y las rutas al mismo.


El proceso STP BPDUInicialmente, cada switch del dominio de broadcast supone que

es el puente raíz para la instancia de spanning-tree, de manera que las tramas de BPDU enviadas contienen el BID del switch local como ID de raíz. De manera predeterminada, las tramas de BPDU se envían cada 2 segundos después de iniciar el switch


ID de PuenteEl ID de puente (BID) se utiliza para determinar el puente raíz de

una red. El campo BID de una trama de BPDU contiene tres campos separados: prioridad de puente, ID de sistema extendido y dirección MAC. Cada campo se utiliza durante la elección del puente raíz.


Configurar y verificar el BID


Funciones de los PuertosEl puerto raíz existe en los puentes que no son raíz y es el puerto

de switch con la mejor ruta hacia el puente raíz. Los puertos raíz envían el tráfico a través del puente raíz. Las direcciones MAC de origen de las tramas recibidas en el puerto raíz pueden llenar por completo la tabla MAC. Sólo se permite un puerto raíz por puente.


Funciones de los PuertosPara los puentes que no son raíz, un puerto designado es el switch

que recibe y envía tramas hacia el puente raíz según sea necesario. Sólo se permite un puerto designado por segmento.

Para los puentes raíz, todos los puertos de switch son designados.


Funciones de los PuertosEl puerto no designado es aquel puerto de switch que está

bloqueado, de manera que no envía tramas de datos ni llena la tabla de direcciones MAC con direcciones de origen.

Un puerto no designado no es un puerto raíz o un puerto designado.


Funciones de los PuertosCuando existen dos puertos de switch con el mismo costo de ruta

hacia el puente raíz y ambos son los de menor costo de ruta en el switch, este último debe determinar cuál de los dos es el puerto raíz. El switch utiliza el valor de prioridad de puerto personalizable o el menor ID de puerto si ambos valores de prioridad de puerto coinciden.

El ID de puerto está adjunto a la prioridad del puerto. Por ejemplo, el puerto de switch F0/1 posee un valor de prioridad de puerto predeterminado de 128.1, donde 128 es el valor de prioridad de puerto configurable y .1 es el ID de puerto.


Funciones de los Puertos

128.1

128.2


Configurar prioridad del puertoSe puede configurar el valor de prioridad del puerto a través

del comando spanning-tree port-priority valor en modo de configuración de interfaz. Los valores de prioridad de puerto oscilan entre 0 y 240, en incrementos de 16. El valor de prioridad de puerto predeterminado es 128. Al igual que con la prioridad de puente, los valores de prioridad de puerto menores proporcionan al puerto una mayor prioridad.


Decisiones referidas a la función del puerto


Verificación de las funciones y la prioridad de los puertos


Estados de los puertos y temporizadores de las BPDU del STP.

STP determina la ruta lógica sin bucles a través de todo el dominio de broadcast. El spanning tree se determina a través de la información obtenida en el intercambio de tramas de BPDU entre los switches interconectados.

El spanning tree queda determinado inmediatamente después de que el switch finaliza el proceso de arranque. Si un puerto de switch experimenta una transición directa desde el estado de bloqueo al estado de enviar, dicho puerto puede crear temporalmente un bucle de datos.

Por esta razón, STP introduce cinco estados de puertos.


Temporizadores de BPDULa cantidad de tiempo que un puerto permanece en los

distintos estados depende de los temporizadores de BPDU. Sólo el switch con función de puente raíz puede enviar información a través del árbol para ajustar los temporizadores. Los siguientes temporizadores determinan el rendimiento de STP y los cambios de estado:

Tiempo de saludoRetardo de envíoAntigüedad máxima


Temporizadores de BPDUSe recomienda que los temporizadores de BPDU no se ajusten en

forma directa, ya que estos valores se han optimizado para el diámetro de switch de siete.

Para configurar un diámetro de red distinto en STP, utilice el comando spanning-tree vlan id de la VLAN root primary diameter valor en modo de configuración global en el switch puente raíz.


Tecnología PortFast de CiscoPortFast es una tecnología de Cisco. Cuando un switch de

puerto configurado con PortFast se establece como puerto de acceso, sufre una transición del estado de bloqueo al de enviar de manera inmediata, saltando los pasos típicos de escuchar y aprender.

Nota: La tecnología PortFast de Cisco puede utilizarse para el soporte de DHCP. Sin PortFast, un equipo puede enviar una solicitud de DHCP antes de que el puerto se encuentre en estado de enviar e impedirle al host la posibilidad de obtener una dirección IP utilizable y cualquier otra información.

Debido a que el objetivo de PortFast es minimizar el tiempo que los puertos de acceso deben esperar para la convergencia de spanning tree, sólo debe utilizarse en puertos de acceso. Si se habilita PortFast en un puerto conectado a otro switch, se corre el riesgo de generar un bucle de spanning-tree.


Tecnología PortFast de Cisco


Convergencia de STP



Pasos de convergencia de STP La convergencia es el tiempo que le toma a la red determinar

el switch que asumirá la función del puente raíz, atravesar todos los otros estados de puerto y configurar todos los puertos de switch en sus funciones de puertos finales de spanning-tree donde se eliminan todos los posibles bucles. El proceso de convergencia demora un tiempo en completarse debido a los distintos temporizadores que se utilizan para coordinar el proceso.

Para comprender el proceso de convergencia en forma más profunda, el mismo se ha dividido en tres pasos distintos:Paso 1. Elegir un puente raízPaso 2. Elegir los puertos raízPaso 3. Elegir los puertos designados y no designados


Paso 1. Elegir un puente raíz

El primer paso de la convergencia en el proceso spanning-tree es la elección del puente raíz. El puente raíz es la base para todos los cálculos de costos de ruta de spanning-tree y en definitiva conduce a la asignación de las distintas funciones de puertos utilizadas para evitar la generación de bucles.


Paso 1. Elegir un puente raíz


Paso 2. Elegir los puertos raíz

Ahora que se ha determinado el puente raíz, los switches comienzan a configurar las funciones de los puertos para cada uno de sus puertos de switch. La primera función de puerto que debe determinarse es la de puerto raíz.


Paso 2. Elegir los puertos raíz


Paso 3. Elegir puertos designados y puertos no designados

Después de que el switch determina qué puerto es el raíz, los puertos restantes deben configurarse como puerto designado (DP) o puerto no designado (no DP) para finalizar la creación del spanning tree lógico sin bucles.



Todos los segmentos de una red conmutada sólo pueden contar con un puerto designado. Cuando dos puertos de switch que no son raíz se conectan al mismo segmento de LAN, se lleva a cabo una competencia por las funciones de puertos. Los dos switches intercambian tramas de BPDU para decidir cuál de los puertos se establece como designado y cuál como no designado.


Proceso de notificación de cambio en la topología de STP

Un switch considera que ha detectado un cambio en la topología cuando un puerto que envía se desactiva (se bloquea, por ejemplo) o cuando un puerto cambia al estado de enviar y el switch cuenta con un puerto designado.

Cuando se detecta un cambio, el switch notifica al puente raíz del spanning tree.

Luego, el puente raíz envía un broadcast con dicha información a toda la red.

Cuando STP funciona en forma normal, el switch continúa recibiendo tramas de BPDU de configuración desde el puente raíz en su puerto raíz.

Cuando un switch necesita avisar acerca de un cambio en la topología, comienza a enviar TCN en su puerto raíz. La TCN es una BPDU muy simple que no contiene información y se envía durante el intervalo de tiempo de saludo. El switch receptor se denomina puente designado y realiza el acuse de recibo de la TCN mediante el envío inmediato de una BPDU normal con el bit de acuse de recibo de cambio en la topología (TCA). Este intercambio continúa hasta que el puente raíz responde.


Proceso de notificación de cambio en la topología de STP

The TC bit is set by the root for a period of max age + forward delay seconds, which is 20+15=35 seconds by default.


Variantes de Cisco y VYP



Variantes de Cisco y STPAl igual que con muchos estándares de redes, la evolución de

STP se ha enfocado en la necesidad de crear especificaciones para toda la industria cuando los protocolos de propiedad son estándares de hecho.


Per Vlan SpanningTree +Cisco developed PVST+ so that a network can run an STP

instance for each VLAN in the network. With PVST+, more than one trunk can block for a VLAN and load sharing can be implemented.


Per Vlan SpanningTree +As you recall, in the original 802.1D standard, an 8-byte

BID is composed of a 2-byte bridge priority and a 6-byte MAC address of the switch. There was no need to identify a VLAN because there was only one spanning tree in a network. PVST+ requires that a separate instance of spanning tree run for each VLAN.


SpanningTree por Vlan +La tabla muestra la configuración predeterminada de spanning-tree

para un switch de la serie Cisco Catalyst 2960. Observe que el modo predeterminado de spanning-tree es PVST+.


Configuración de un switch de manera predeterminada

La tabla muestra la configuración predeterminada de spanning-tree para un switch de la serie Cisco Catalyst 2960. Observe que el modo predeterminado de spanning-tree es PVST+.


Configurar PVST+


Rapid Spanning Tree RSTPRSTP (IEEE 802.1w) es una evolución del estándar 802.1D.

Principalmente, la terminología de 802.1w STP sigue siendo la misma que la del IEEE 802.1D STP


Características de RSTPRSTP es el protocolo preferido para evitar los bucles de Capa 2 en

un entorno de red conmutada.

Las mejoras al 802.1D propiedad de Cisco, como UplinkFast y BackboneFast, no son compatibles con RSTP.

RSTP (802.1w) reemplaza a STP (802.1D) a la vez que mantiene la compatibilidad retrospectiva. Mucha de la terminología de STP permanece y la mayoría de los parámetros no presentan cambios.

RSTP mantiene el mismo formato de BPDU que IEEE 802.1D, excepto que el campo de versión se establece en 2 para indicar que es RSTP y todos los campos de señaladores utilizan 8 bits. Las BPDU en RSTP se explican más adelante.

RSTP puede confirmar de manera activa que un puerto puede sufrir una transición segura al estado de enviar sin depender de ninguna configuración de temporizadores.


BPDU en RSTPRSTP (802.1w) utiliza BPDU tipo 2, versión 2, de manera que un

puente en RSTP puede comunicar a 802.1D en cualquier enlace compartido o con cualquier switch que ejecute 802.1D. RSTP envía BPDU y completa el byte señalizador de una manera ligeramente distinta que en 802.1D:La información de protocolo puede expirar en forma inmediata en un puerto si no se reciben saludos durante tres tiempos de saludo consecutivos, 6 segundos de manera predeterminada, o si expira el temporizador de antigüedad máxima.

Debido a que las BPDU se utilizan como un mecanismo de actividad, tres BPDU perdidas en forma consecutiva indican la pérdida de la conectividad entre un puente y su raíz vecina o puente designado. La rápida expiración de la información permite que las fallas se detecten muy rápidamente.


BPDU en RSTP


Puertos de extremoUn puerto de extremo en RSTP es un puerto de switch que nunca se

conecta con otro dispositivo de switch. Sufre la transición al estado de enviar de manera inmediata cuando se encuentra habilitado.

El concepto de puerto de extremo es muy conocido entre los usuarios de spanning-tree de Cisco, ya que corresponde a la función de PortFast en la que todos los puertos conectados directamente a estaciones finales anticipan que no hay dispositivos de switch conectados a los mismos.


Puertos de extremo Los puertos que no son de extremo se categorizan en dos

tipos de enlaces, punto a punto y compartido. El tipo de enlace se determina en forma automática pero puede sobrescribirse con una configuración de puerto explícita.


Puertos de extremoLos puertos de extremo, equivalentes a los puertos con PortFast

habilitado y los enlaces punto a punto son los candidatos para la transición rápida al estado de enviar. Sin embargo, antes de considerar el parámetro tipo de enlace, RSTP debe determinar la función del puerto. Aprenderá más acerca de las funciones de puertos a continuación, pero por ahora tenga en cuenta lo siguiente:Los puertos raíz no utilizan el parámetro tipo de enlace. Los puertos raíz son capaces de realizar una transición rápida al estado de enviar siempre que el puerto se encuentre sincronizado.

Los puertos alternativos y de respaldo no utilizan el parámetro tipo de enlace en la mayoría de los casos.

Los puertos designados son los que más utilizan el parámetro tipo de enlace. La transición rápida al estado de enviar para el puerto designado se produce sólo si el parámetro tipo de enlace indica un enlace punto a punto.


Puertos de extremo


Estados de los puertos en RSTPRSTP proporciona una convergencia rápida después de una

falla o durante el restablecimiento de un switch, puerto de switch o enlace.

Con RSTP, la función de un puerto es independiente del estado del mismo. Por ejemplo: un puerto designado puede encontrarse en estado de descarte en forma temporal, aun si su estado final es el de enviar.


Estados de los puertos en RSTPLa tabla de la figura compara los estados de puertos en STP y en

RSTP. Recuerde que en los estados de puertos de STP de bloqueo, escuchar y deshabilitado no se envían tramas. Estos estados de puertos se han unido en el estado de puerto de descarte en RSTP.


Funciones de los puertos en RSTPLa función del puerto define el objetivo principal de un puerto de

switch y la forma en que gestiona las tramas de datos. Las funciones y los estados de los puertos pueden experimentar transiciones en forma independiente.

La creación de funciones de puertos adicionales permite que RSTP defina un puerto de switch de reserva antes de una falla o un cambio de topología. El puerto alternativo pasa al estado de enviar si existe una falla en el puerto designado para el segmento.


Proceso de propuesta y acuerdo en RSTPEn STP IEEE 802.1D, una vez que el puerto fue seleccionado

por spanning tree para convertirse en puerto designado, debe esperar el equivalente a dos veces el retardo de envío antes de pasar el puerto al estado de enviar.

5.4.6.3


Configurar PVST+ rápidoPVST+ rápido es una implementación de Cisco de RSTP.

Admite spanning tree para cada VLAN y es la variante rápida de STP para utilizar en redes de Cisco.


Diseño de STP para evitar problemasAhora sabe que la función principal del STA es evitar los

bucles que producen los enlaces redundantes en redes de puentes. STP funciona en la Capa 2 del modelo OSI. STP puede fallar en algunos casos específicos.


Minimizar la cantidad de puertos bloqueados

La única acción crítica que STP lleva a cabo es el bloqueo de puertos. Un único puerto bloqueado que por error pasa al estado de enviar puede impactar en forma negativa en gran parte de la red.


Utilice la Conmutación de Capa 3La conmutación de Capa 3 implica que el enrutamiento se lleva a

cabo a la velocidad de la conmutación. Un router realiza dos funciones principales:

Construye una tabla de envíos. En general, el router intercambia información con sus pares mediante los protocolos de enrutamiento.

Recibe paquetes y los envía a la interfaz correcta según la dirección de destino.


Resolución de Problemas de Funcionamiento de STP



Falla del switch o del enlaceEn el estado inicial de la situación de falla en STP, el switch S3

posee un BID menor que S2; en consecuencia el puerto designado entre S3 y S2 es el puerto F0/1 del switch S3. Se considera que el switch S3 posee una "mejor BPDU" que el switch S2.

5.4.9.1


Resolución de problemas ante una fallaDesafortunadamente, no existe ningún procedimiento sistemático

para la resolución de problemas cuando surge un inconveniente con STP.

Nota: Puede que el acceso dentro de la banda no se encuentre disponible durante un bucle de puenteo. Por ejemplo: es posible que no pueda hacer Telnet a los dispositivos de la infraestructura durante una tormenta de broadcast. Por lo tanto, puede necesitar la conectividad fuera de la banda, como el acceso de consola.

Antes de llevar a cabo la resolución de problemas de un bucle de puenteo, debe conocer al menos estos factores:Topología de la red de puentesUbicación del puente raízUbicación de los puertos bloqueados y de los enlaces redundantes


Error de configuración de PortFastEn general, sólo se habilita PortFast en un puerto o interfaz

que se conecta a un host. Cuando se enciende el enlace en dicho puerto, el puente salta las primeras etapas del STA y directamente pasa al modo enviar.

Precaución: No utilice PortFast en puertos de switch o interfaces que se conectan a otros switches, hubs o routers. De otra forma, puede generar un bucle en la red.


Error de configuración de PortFast Switches Catalyst que ejecutan el software IOS de Cisco

cuenta con una función denominada protección de BPDU. La protección de BPDU deshabilita un puerto o interfaz configurados con PortFast si los mismos reciben una BPDU.


Inconvenientes relacionados con el diámetro de la red

Otro inconveniente del cual no existe demasiada información se relaciona con el diámetro de la red conmutada. Los valores conservadores predeterminados para los temporizadores de STP imponen un diámetro máximo de red de siete.


Puntos Finales


Actividad


Summary

lan switching chapter5

Documents

cisco systems

cisco publicte pc v4

cisco publicas mejo7es

cisco publiclgo7itmo

los datos en

los dispositivos en

redundancia se logra

uente razte pc v4