Bridge Protocol Data Units

STP

2.1. INTRODUCCIÓN AL STP

2.1.1. EL ALGORITMO SPANNING TREE.

2.1.2. BPDU EN STP.

2.1.3. ID DE PUENTE.

2.1.4. FUNCIONES DE LOS PUERTOS.

2.1.5. ESTADOS DE LOS PUERTOS Y TEMPORIZADORES DE BPDU EN STP.

2.2. CONVERGENCIA STP.

2.2.1. CONVERGENCIA DE STP.

2.2.2. ELECCIÓN DE PUENTE RAÍZ, LOS PUERTOS RAÍZ, PUERTOS DESIGNADOS Y PUERTOS NO DESIGNADOS.

2.2.3. CAMBIO EN LA TOPOLOGÍA DE STP.

2.3. TOPOLOGÍAS REDUNDANTES DE CAPA 2.

2.3.1. REDUNDANCIA.

2.3.2. INCONVENIENTES CON LA REDUNDANCIA.

2.3.3. CONFIGURACIÓN DE STP.

2.1.1. El algoritmo spanning tree.

El algoritmo transforma una red física con forma de malla, en la que existen bucles, por una red lógica en forma de árbol (libre de bucles). Los puentes se comunican mediante mensajes de configuración llamados Bridge Protocol Data Units (BPDU).

El protocolo establece identificadores por puente y elige el que tiene la prioridad más alta (el número más bajo de prioridad numérica), como el puente raíz (Root Bridge). Este puente raíz establecerá el camino de menor coste para todas las redes; cada puerto tiene un parámetro configurable: el Span path cost. Después, entre todos los puentes que conectan un segmento de red, se elige un puente designado, el de menor coste (en el caso que haya el mismo coste en dos puentes, se elige el que tenga el menor identificador "direccion MAC"), para transmitir las tramas hacia la raíz. En este puente designado, el puerto que conecta con el segmento, es el puerto designado y el que ofrece un camino de menor coste hacia la raíz, el puerto raíz. Todos los demás puertos y caminos son bloqueados, esto es en un estado ya estacionario de funcionamiento.

2.2.2. BPDU en STP

La trama BPDU contiene 12 campos para transmitir información de prioridad y de ruta que STP necesita para determinar el puente raiz y las rutas al mismo.

• Los primeros cuatro campos identifican el protocolo, la versión, el tipo de mensaje y los señaladores de estado.

• Los cuatro campos siguientes se utilizan para identificar el puente raíz y el costo de la ruta hacia el mismo.

• Los últimos cuatro campos son todos campos temporizadores que determinan la frecuencia en que se envían los mensajes de BPDU y la cantidad de tiempo que la información recibida a través del proceso BPDU es retenida.

El proceso BPDU

Inicialmente, cada switch se identifica a sí mismo como puente raíz. La prioridad es un factor de decisión inicial a la hora de elegir un puente raíz, si la prioridad de todos los switches fuera la misma, la dirección MAC sería el factor de decisión.

De manera predeterminada, las tramas de BPDU se envían cada 2 segundos después de iniciar el switch; esto significa que el valor predeterminado del temporizador de saludo especificado en la trama de BPDU es 2 segundos. Cada switch mantiene información local acerca de su propio BID, el ID de raíz y el costo de la ruta hacia la raíz.

Cuando los switches adyacentes reciben una trama de BPDU, comparan el ID de raíz de la trama de BPDU con el ID de raíz local. Si el ID de raíz del BPDU es menor que el ID de raíz local, el switch actualiza el ID de raíz local y el ID de sus mensajes de BPDU. Estos mensajes sirven para indicar el nuevo puente raíz de la red. Además, el costo de la ruta se actualiza para indicar cuán lejano se encuentra el puente raíz. Después de que se ha actualizado un ID de ruta para identificar un nuevo puente raíz, todas las tramas de BPDU subsiguientes enviadas por ese switch contienen el ID de raíz nuevo y el costo de la ruta actualizado. De esta manera, todos los otros switches adyacentes pueden ver el menor ID de raíz identificado en todo momento. A medida que las tramas de BPDU se transmiten entre otros switches adyacentes, el costo de la ruta se actualiza de forma constante para indicar el costo de ruta total hacia el puente raíz. Todos los switches del spanning tree utilizan sus costos de ruta para identificar el mejor camino posible al puente raíz.

2.2.3. ID de puente

Campos BID

El ID de puente (BID) se utiliza para determinar el puente raíz de una red. Este tema describe cómo se compone un BID y cómo configurarlo en un switch para ejercer influencia en el proceso de elección y asegurar que se les asigne la función de puente raíz a switches específicos.

El campo BID de una trama de BPDU contiene tres campos separados: prioridad de puente, ID de sistema extendido y dirección MAC.

Prioridad del puente

Es un valor que puede personalizarse y utilizarse para ejercer influencia sobre el switch que debe convertirse en el puente raíz. El switch con la menor prioridad, es decir, el menor BID, se transforma en el puente raíz (a medida que desciende el valor de prioridad, aumenta la misma). Para asegurar que un switch específico sea siempre un puente raíz, se establece la prioridad a un valor menor que el del resto de los switches de la red. El valor predeterminado de la prioridad para todos los switches de Cisco es 32 768. El rango de prioridad oscila entre 1 y 65 536; por lo tanto, 1 es la prioridad más alta.

ID de sistema extendido

El ID de sistema extendido puede omitirse en las tramas de BPDU para algunas configuraciones. Las primeras implementaciones de STP se diseñaron para redes que no utilizaban VLAN, pero cuando comenzaron a ser comunes en la segmentación de la infraestructura de red, STP se mejoró para incluir el soporte para VLAN, por lo que el campo ID de sistema extendido contiene el ID de la VLAN con la cual está asociada la BPDU.

Cuando se utiliza el ID de sistema extendido, se cambia la cantidad de bits disponibles para el valor de prioridad del puente, de forma que el incremento para dicho valor cambia de 1 a 4096. Por lo tanto, los valores de prioridad de puente sólo pueden ser múltiplos de 4096.

El valor de ID de sistema extendido se agrega al valor de prioridad de puente en el BID para identificar la prioridad y la VLAN de la trama de BPDU.

Dirección MAC

Cuando dos switches se configuran con la misma prioridad y poseen el mismo ID de sistema extendido, el switch con la dirección MAC con el menor valor hexadecimal es el de menor BID. Inicialmente, todos los switches se configuran con el mismo valor de prioridad predeterminado. Luego, la dirección MAC es el factor de decisión sobre el cual el switch se convertirá en puente raíz. Esto resulta en una elección impredecible para el puente raíz. Se recomienda configurar el switch de puente raíz deseado con la menor prioridad para asegurar que sea elegido como tal. Esto también asegura que el agregado de switches a la red no provoque una nueva elección de spanning-tree, lo que podría interrumpir la comunicación en la red mientras se elige un nuevo puente raíz.

2.1.4. Funciones de los puertos.

Algoritmo Spanning Tree (STA)

• STP utiliza para determinar los puertos de switch de la red que deben configurarse para el bloqueo, y así evitar que se generen bucles.

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

• Todos los switches que comparten el algoritmo intercambian tramas de BPDU para determinar el switch que posee el menor ID de puente (BID) en la red.

• La BPDU es la trama de mensaje que se intercambia entre los switches que tienen el algoritmo.

• BID se compone de un valor de prioridad, la dirección MAC del switch y un ID de sistema extendido opcional.

• Se determina el BID de menor valor mediante la combinación de estos tres campos.

• El switch con el menor BID se transforma en el puente raíz de forma automática según los cálculos del algoritmo.

• Calcula la ruta más corta hacia el mismo.

• El algoritmo utilizado por los switches para determinar los puertos que deben bloquearse.

• Determina las mejores rutas hacia el puente raíz.

• Considera los costos de la(s) ruta y los puertos que debe permanecer desbloqueada.

• Los costos de la ruta se calculan mediante la velocidad del puerto del switch.

• La suma de los valores de costo de puerto determina el costo de ruta total hacia el puente raíz.

• El STA elige la ruta de menor costo de ruta.

Para comprender el proceso de convergencia de forma más profunda, el mismo se ha dividido en tres pasos distintos:

Paso 1. Elegir un puente raíz

Paso 2. Elegir los puertos raíz

Paso 3. Elegir los puertos designados y no designados

PUERTOS

Puertos raíz

• Son los puertos de switch más cercanos al puente raíz.

• Sirve como punto de referencia para todos los cálculos de spanning-tree y la determinación de las rutas redundantes que deben bloquearse.

• El puente raíz es reemplazado si recibe un BPDU menor que el ID de raíz.

Puertos designados

• Son los puertos que no son raíz y que pueden envíar y recibir tráfico según sea necesario.

• Sólo se permite un puerto designado por segmento.

Puertos no designados

• Es aquel puerto de switch que está bloqueado.

• Es un puerto denominado "puerto alternativo".

• Son puertos configurados para evitar los bucles.

Puerto deshabilitado

• Es un puerto que está administrativamente desconectado.

• No funciona en el proceso de spanning-tree.

PortFast de Cisco

• Un puerto configurado en este

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