Spanning-tree

STP Spanning Tree

(Spanning Tree Protocol) (SmmTPr o STP) es un protocolo de red de nivel 2 de la capa OSI (nivel de enlace de datos). Está basado en un algoritmo diseñado por Radia Perlman mientras trabajaba para DEC. Hay 2 versiones del STP: la original (DEC STP) y la estandarizada por el IEEE (IEEE 802.1D), que no son compatibles entre sí. En la actualidad, se recomienda utilizar la versión estandarizada por el IEEE.

Su función es la de gestionar la presencia de bucles en topologías de red debido a la existencia de enlaces redundantes (necesarios en muchos casos para garantizar la disponibilidad de las conexiones). El protocolo permite a los dispositivos de interconexión activar o desactivar automáticamente los enlaces de conexión, de forma que se garantice que la topología está libre de bucles. STP es transparente a las estaciones de usuario.

Los bucles infinitos ocurren cuando hay rutas alternativas hacia una misma máquina o segmento de red destino. Estas rutas alternativas son necesarias para proporcionar redundancia, ofreciendo una mayor fiabilidad a la red. Si existen varios enlaces, en el caso que uno falle, otro enlace puede seguir soportando el tráfico de la red. Los problemas aparecen cuando utilizamos dispositivos de interconexión de nivel de enlace, como un puente de red o un conmutador de paquetes.

Cuando existen bucles en la topología de red, los dispositivos de interconexión de nivel de enlace de datos reenvían indefinidamente las tramas Broadcast y multicast creando un bucle infinito que consume tanto ancho de banda en la red como CPU de los dispositivos de enrutamiento. Esto provoca que la red degrade en muy poco tiempo pudiéndose quedar inutilizable. Al no existir un campo TTL (Time To Live,Tiempo de Vida) en las tramas de capa 2 se quedan atrapadas indefinidamente hasta que un administrador de sistemas rompe el bucle. Un router, por el contrario, sí podría evitar este tipo de reenvíos indefinidos. La solución consiste en permitir la existencia de enlaces físicos redundantes, pero creando una topología lógica libre de bucles. STP calcula una ruta única libre de bucles entre los dispositivos de la red pero manteniendo los enlaces redundantes desactivados como reserva, para activarlos en caso de falla.

Dertalles de Spannin Tree Protocol

• STP evita que se formen bucles en una red jerárquica que implementa enlaces redundantes.

• STP utiliza distintos estados de puertos y temporizadores para evitar la generación de bucles.

• Un switch de la red se designa como puente raíz. El puente raíz se determina a través de un proceso de elección donde las tramas de BPDU se intercambian entre switches vecinos en un dominio de broadcast.

• Todos los demás switches de la red utilizan el algoritmo de spanning tree para determinar sus funciones de puertos de switch. Los puertos de switch más cercanos al puente raíz se convierten en puertos raíz. Los puertos que no son raíz restantes compiten por la función de designado o no designado.

• Debido a que la convergencia del protocolo spanning tree puede tomar hasta 50 segundos en completarse, se desarrollaron RSTP y PVST+ rápido.

• RSTP reduce el tiempo de convergencia hasta 6 segundos.

• PVST+ rápido agrega el soporte de VLAN en RSTP. PVST+ rápido es la implementación preferida del protocolo spanning tree utilizado en un red de switches de Cisco.

Redundancia

En 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.

La redundancia proporciona una gran flexibilidad en la elección de rutas de la red y permite que los datos se transmitan independientemente de la existencia de fallas en una ruta simple o en un dispositivo en las capas de distribución o núcleo. La redundancia cuenta con algunas complicaciones que deben ser tenidas en cuenta antes de que se implemente de forma segura en una red jerárquica.

Inconvenientes

Cuando existen varias rutas entre dos dispositivos en la red y STP se ha deshabilitado en los switches, puede generarse un bucle de Capa 2. Si STP está habilitado en estos switches, que es lo que que está predeterminado, el bucle de Capa 2 puede evitarse.

Las tramas de Ethernet no poseen un tiempo de existencia (TTL, Time to Live) como los paquetes IP que viajan por los routers. En consecuencia, si no finalizan de manera adecuada en una red conmutada, las mismas siguen rebotando de switch en switch indefinidamente o hasta que se interrumpa un enlace y elimine el bucle.

Las tramas de broadcast se envían a todos los puertos de switch, excepto el puerto de origen. Esto asegura que todos los dispositivos del dominio de broadcast puedan recibir la trama. Si existe más de una ruta para enviar la trama, se puede generar un bucle sin fin.

Tormentas de broadcast

Una 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.

Tramas de unicast duplicadas

Las 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.

Bucles en el armario de cableado

La 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.

Bucles en los cubículos

Debido a conexiones de datos de red insuficientes, algunos usuarios finales poseen un hub o switch personal ubicado en su entorno de trabajo. En vez de incurrir en el costo de mantener conexiones de datos de red adicionales en el lugar de trabajo, un hub o switch simples se conectan a una conexión de datos de red existente, lo que permite que todos los dispositivos conectados al hub o switch personal puedan acceder a la red.

Algoritmo y Topología Spanning Tree

La redundancia aumenta la disponibilidad de la topología de red al proteger la red de un único punto de falla, como un cable de

...