STP: Configuración de Rapid PVST+

STP: Configuración de Rapid PVST+

El estándar iEEE 802.1w se desarrolló usando los conceptos principales de 802.1d (Common Spanning-Tree) pero con un tiempo de convergencia más rápido. Puede ser aplicado a una o múltiples instancias por vlans, pero para aplicarla a múltiples instancias se utiliza RSTP con el mecanismo propietario de Cisco PVST+, el resultado es el llamado Rapid PVST+ (RPVST+).

El cálculo de la topología inicia con la elección del root bridge de la misma forma que 802.1D, una vez asignado los roles de los puertos pueden ser:

  • Root: puerto del switch con el menor costo total al root bridge de la topología.
  • Designado: Puerto del segmento de red o enlace (dominio de colisión) con el menor costo total al root bridge de la topología.
  • Alterno: un puerto que tiene una ruta alternativa al root bridge. Esta ruta es menos deseable que la del root port.
  • Backup: Un puerto que proporciona una conexión redundante (pero menos deseable) en un segmento donde otro puerto del switch ya está conectado y operando. Por ejemplo cuando tenemos dos enlaces entre los mismos switches, uno de ellos es el backup del otro.

Cada uno de los roles de los puertos puede pasar por los siguientes estados:

  • Discarding: No se conocen las direcciones MAC y los frames se descartan. (Este estado combina los estados 802.1D Disabled, Blocking y Listening. El estado de Listening no es necesario porque RSTP puede negociar rápidamente un cambio de estado sin escuchar primero las BPDU).
  • Learning: los frames entrantes se eliminan, pero las direcciones MAC se aprenden.
  • Forwarding: los frames entrantes se reenvían según las direcciones MAC que se han aprendido (y se están aprendiendo).

RSTP usa el formato 802.1D de las BPDU para tener compatibilidad con versiones anteriores pero con modificaciones de algunos campos. Sin embargo, se utilizan algunos bits  no utilizados anteriormente en el campo Type del mensaje. En el campo versión de la BPDU se asigna el valor 2 para diferenciarlas de las BPDU 802.1D (Version 0 es para identificar Common Spanning-Tre 802.1D).

A diferencia de 802.1D donde solo el root bridge puede generar BPDUs, con 802.1w cada uno de los switches de la topología envían sus propias BPDU con su información actual cada hello timer (2 segundos es el valor predeterminado), incluso si no recibe ninguna del root bridge.

Con RSTP si un switch no recibe tres BPDUs consecutivos (6 segundos) considera al vecino como inactivo, este rápido envejecimiento de la información permite una rápida detección de fallas. En el STP normal tenía que esperar el timer MAX AGE (20 segundos) para considerarlo inactivo.

RSTP toma un enfoque diferente con base a la topología STP, para lograr la convergencia rápida en un puerto, el protocolo se basa en dos nuevas variables: puertos edge y tipo de enlace. Cuando RSTP detecta una falla en la topología existente, RSTP basa sus decisiones de forwarding en el tipo de puerto. Las dos nuevas características son:

Edge Port: El concepto de puerto edge corresponde básicamente a la función PortFast. Todos los puertos conectados directamente a estaciones terminales no pueden crear loops de bridging en la red. Por lo tanto, el puerto edge realiza una transición directamente al estado forwarding omitiendo otros estados. Ni los puertos edge ni los puertos habilitados con PortFast generan cambios de topología cuando el link se alterna. Un puerto edge que recibe una BPDU inmediatamente pierde el estado de puerto edge y se convierte en un puerto de spanning tree normal.

El tipo de enlace la define la operación dúplex del puerto:

Point-to-point: cualquier puerto que se conecta switch y se convierta en un puerto designado. Un rápido reconocimiento con el switch vecino define el estado del puerto en lugar de los típicos temporizadores. Las BPDU se intercambian en forma de un proposal (propuesta) y un (agreement) acuerdo. Un switch propone que su puerto se convierta en un puerto designado; si el otro switch está de acuerdo, responde con un mensaje de confirmación (agreement). Los puertos point-to-point son automáticamente determinados por el modo dúplex en uso. Los puertos full duplex se consideran punto a punto, de este modo la convergencia STP puede ocurrir rápidamente a través de mensajes hello RSTP.

Por otro lado, los puertos half dúplex se consideran en un medio compartido (shared) y no pueden ser point-to-point. La convergencia STP en un puerto half-duplex debe ocurrir entre varios switches conectados directamente. Por lo tanto, se debe usar la convergencia de estilo tradicional 802.1D. Esto da como resultado una respuesta más lenta porque los puertos de medio compartido deben pasar por los períodos de tiempo del estado de Escucha y Aprendizaje fijos (30 segunndos en total).

RSTP maneja la convergencia STP completa de la red como una propagación de los handshake sobre los enlaces punto a punto. Cuando un switch necesita tomar una decisión STP, se realiza un handshake con el vecino más cercano. Cuando eso es exitoso, la secuencia de handshake se mueve al siguiente switch y así sucesívamente , como una onda en constante expansión que se mueve hacia los bordes de la red.

Durante cada secuencia de handshake, un switch debe tomar medidas para garantizar completamente que no introducirá un loop antes de mover el handshake hacia afuera. Esto se hace a través de un proceso de sincronización.

Para lograr la convergencia adecuada RSTP utiliza unos flags para la negociación del estado de los puertos con base al tipo de puerto del enlace. Como se ha mencionado antes hablaremos de los flags  proposal y agreement.

RSTP trabaja diferente en interfaces full duplex (point to point) y half duplex (shared). En si una interfaz point-to-point utiliza los flags  proposal y agreement. En cambio en interfaces shared no se utilizan los flags anteriores y su negaciación del estado de sus puertos se lleva a cabo como el spanning-tree normal, 802.1D, es decir perdemos las características de RSTP.

Agreement y proposal:

  • Proposal: Es un flag  que al iniciarse el switch se envía encendido (1) y se considera como root bridge.
  • Agreement: Es otro flag que se enciende en el BPDU, porque se ha detectado que hay un switch vecino con prioridad menor y por tal motivo el switch vecino es el root bridge o conoce a un nuevo root bridge sin necesidad de que esté conectado directamente a él.

La combinación de estos flags en los envíos de BPDU entre dos switches agiliza la convergencia de la red, porque al intercambiar BPDUs de un switch con el flag proposal activado y el BPDU del otro switch con el flag agreeement activado, inmediatamente la interfaz se pone en forwarding, asi se evita el estado learning.

 

Proceso de sincronzación de un nuevo Root Bridge

  • -Si el BPDU enviado con el proposal tiene mejor Bridge ID que el root, el switch se da cuenta que esta conectado a un root bridge y su puerto debe de ser root
  • -Todos los puertos que no son edge son movidos a estado discarding (Es decir, donde se tienen conectados otros switches).
  • -Un BPDU con el bit de agreement se envía al nuevo root bridge y el puerto pasa a estado forwarding
  • -Por cada uno de los puertos que no son edge que estan en estado discarding se envían un BPDU con el bit de proposal activo, diciendo que el ha encontrado a nuevo root bridge y se los replica a todos los switches vecinos.
  • -Se repite el proceso hasta que se sincroniza con todos los switches en la topología.

 

Cambios de topología

  • -RSTP detecta un cambio de topología cuando un puerto no edge cambia su estado a forwarding
  • -El switch que detecta el cambio, envía un BPDU con el flag TC por todos los puertos no edge. Los switches que reciben el BPDU con el flag TC también envían un BPDU con el flag TC. ESto se hace por 4 segundos en cada switch.
  • -Todas las direcciones MAC asociadas a los puertos donde se envía el BPDU con el flag TC quitan las direcciones MAC asociadas a esos puertos.

Por default los switches cisco trabajan con pvst+ que corresponde al 802.1D, para habilitar RSTP (Raid PVST+) es necesario configurar el siguiente comando:

Los puertos conectados entre dos switches usualmente se establecen en full duplex pero puede ser que operen en half duplex. Para obligar a que el puerto actúe como un enlace point-to-point use el siguiente comando:

Para configurar un puerto Edge RSTP, sólo es necesario indicar el comando portfast:

 

Más información en:

https://www.cisco.com/c/es_mx/support/docs/lan-switching/spanning-tree-protocol/24062-146.html

https://www.cisco.com/c/en/us/td/docs/switches/lan/catalyst2960x/software/15-2_2_e/layer2/configuration_guide/b_layer2_1522e_2960x_cg/b_layer2_1522e_2960x_cg_chapter_01.html#d25e232a1635

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