Descripción general del protocolo de árbol de expansión
Cómo funcionan los protocolos de árbol de expansión
Las redes Ethernet son susceptibles a las tormentas de difusión si se introducen bucles. Sin embargo, una red Ethernet necesita incluir bucles porque proporcionan rutas redundantes en caso de que falle un vínculo. Los protocolos de árbol de expansión abordan ambos problemas porque proporcionan redundancia de vínculo y, al mismo tiempo, evitan bucles no deseados.
Los dispositivos de Juniper Networks proporcionan prevención de bucles de capa 2 mediante el protocolo de árbol de expansión (STP), el protocolo de árbol de expansión rápida (RSTP), el protocolo de árbol de expansión múltiple (MSTP) y el protocolo de árbol de expansión de VLAN (VSTP). RSTP es el protocolo de árbol de expansión predeterminado para evitar bucles en redes Ethernet.
En este tema se describe:
- Ventajas de usar protocolos de árbol de expansión
- Los protocolos de árbol de expansión ayudan a prevenir tormentas de difusión
- Descripción de la prioridad del puente para la elección del puente raíz y el puente designado
- Las funciones de puerto determinan la participación en el árbol de expansión
- Los estados de puerto determinan cómo un puerto procesa una trama
- Los puertos perimetrales se conectan a dispositivos que no pueden formar parte de un árbol de expansión
- Las BPDU mantienen el árbol de expansión
- Cuando falla un puente raíz
- Los dispositivos deben volver a aprender las direcciones MAC después de una falla de vínculo
Ventajas de usar protocolos de árbol de expansión
Los protocolos de árbol de expansión tienen las siguientes ventajas:
Proporcionar redundancia de vínculo y, al mismo tiempo, evitar bucles no deseados
Prevenir tormentas de difusión
Se conecta a dispositivos que no son compatibles con STP, como PC, servidores, enrutadores o concentradores que no están conectados a otros conmutadores, mediante el uso de puertos perimetrales
Los protocolos de árbol de expansión ayudan a prevenir tormentas de difusión
Los protocolos de árbol de expansión evitan inteligentemente los bucles en una red mediante la creación de una topología de árbol (árbol de expansión) de toda la red en puente con una sola ruta disponible entre la raíz del árbol y una hoja. Todas las demás rutas se ven forzadas a un estado de espera. La raíz de árbol es un conmutador dentro de la red elegido por el STA (algoritmo de árbol de expansión) para usar al calcular la mejor ruta entre los puentes de toda la red y el puente raíz. Las tramas viajan a través de la red hasta su destino, una hoja como una PC de usuario final, a lo largo de las ramas. Una rama de árbol es un segmento de red, o enlace, entre puentes. Los conmutadores que reenvían tramas a través de un árbol de expansión STP se denominan puentes designados.
Si utiliza Junos OS para conmutadores serie EX y QFX compatibles con el estilo de configuración Enhanced Layer 2 Software (ELS), puede forzar que la versión original del protocolo de árbol de expansión (STP) IEEE 802.1D se ejecute en lugar de RSTP o VSTP estableciendo force-version.
Descripción de la prioridad del puente para la elección del puente raíz y el puente designado
Utilice la prioridad del puente para controlar qué puente se elige como puente raíz y también para controlar qué puente se elige como puente raíz cuando falla el puente raíz inicial.
El puente raíz para cada instancia de protocolo de árbol de expansión viene determinado por el ID del puente. El ID del puente consta de una prioridad de puente configurable y la dirección MAC del puente. El puente con el ID de puente más bajo se elige como puente raíz. Si las prioridades del puente son iguales o si la prioridad del puente no está configurada, el puente con la dirección MAC más baja se elige como puente raíz.
La prioridad del puente también se puede utilizar para determinar qué puente se convierte en el puente designado para un segmento LAN. Si dos puentes tienen el mismo costo de ruta para el puente raíz, el puente con el ID de puente más bajo se convierte en el puente designado.
La prioridad del puente solo se puede establecer en incrementos de 4096.
Las funciones de puerto determinan la participación en el árbol de expansión
Cada puerto tiene un rol y un estado. El rol de un puerto determina cómo participa en el árbol de expansión. Los cinco roles de puerto utilizados en RSTP son:
Puerto raíz: el puerto más cercano al puente raíz (tiene el costo de ruta más bajo desde un puente). Este es el único puerto que recibe tramas y las reenvía al puente raíz.
Puerto designado: el puerto que reenvía el tráfico desde el puente raíz hacia una hoja. Un puente designado tiene un puerto designado para cada conexión de vínculo a la que sirve. Un puente raíz reenvía tramas desde todos sus puertos, que sirven como puertos designados.
Puerto alternativo: puerto que proporciona una ruta alternativa hacia el puente raíz si el puerto raíz falla y se coloca en estado de descarte. Este puerto no forma parte del árbol de expansión activo, pero si se produce un error en el puerto raíz, el puerto alternativo se hace cargo inmediatamente.
Puerto de reserva: puerto que proporciona una ruta de respaldo hacia las hojas del árbol de expansión si un puerto designado falla y se coloca en estado de descarte. Un puerto de reserva sólo puede existir cuando dos o más puertos de puente se conectan a la misma LAN para la que el puente sirve como puente designado. Un puerto de respaldo para un puerto designado se hace cargo inmediatamente si el puerto falla.
Puerto deshabilitado: el puerto no forma parte del árbol de expansión activo.
Los estados de puerto determinan cómo un puerto procesa una trama
Cada puerto tiene un estado y un rol. El estado de un puerto determina cómo procesa una trama. RSTP coloca cada puerto de un puente designado en uno de tres estados:
Descartar: el puerto descarta todas las BPDU. Un puerto en este estado descarta todas las tramas que recibe y no aprende las direcciones MAC.
Aprendizaje: el puerto se prepara para reenviar el tráfico examinando las tramas recibidas para obtener información de ubicación con el fin de construir su tabla de direcciones MAC.
Reenvío: el puerto filtra y reenvía las tramas. Un puerto en estado de reenvío forma parte del árbol de expansión activo.
Los puertos perimetrales se conectan a dispositivos que no pueden formar parte de un árbol de expansión
El árbol de expansión también define el concepto de puerto perimetral, que es un puerto designado que se conecta a dispositivos que no son compatibles con STP, como PC, servidores, enrutadores o concentradores que no están conectados a otros conmutadores. Dado que los puertos perimetrales se conectan directamente a las estaciones finales, no pueden crear bucles de red y pueden pasar al estado de reenvío inmediatamente. Puede configurar manualmente los puertos de borde, y un conmutador también puede detectar puertos de borde observando la ausencia de comunicación de las estaciones finales.
Los propios puertos perimetrales envían unidades de datos de protocolo de puente (BPDU) al árbol de expansión. Si comprende bien las implicaciones en su red, puede modificar RSTP en la interfaz del puerto perimetral.
Las BPDU mantienen el árbol de expansión
Los protocolos de árbol de expansión utilizan tramas denominadas unidades de datos de protocolo de puente (BPDU) para crear y mantener el árbol de expansión. Una trama BPDU es un mensaje enviado de un conmutador a otro para comunicar información sobre sí mismo, como su ID de puente, costos de ruta raíz y direcciones MAC de puerto. El intercambio inicial de BPDU entre conmutadores determina el puente raíz. Simultáneamente, las BPDU se utilizan para comunicar el costo de cada enlace entre dispositivos de sucursal, que se basa en la velocidad del puerto o la configuración del usuario. RSTP utiliza este costo de ruta para determinar la ruta ideal para que las tramas de datos viajen de una hoja a otra y luego bloquea todas las demás rutas. Si un puerto perimetral recibe una BPDU, automáticamente pasa a un puerto RSTP normal.
Cuando la red está en estado estable, el árbol de expansión converge cuando el algoritmo de árbol de expansión (STA) identifica tanto el puente raíz como el designado y todos los puertos están en estado de reenvío o bloqueo. Para mantener el árbol, el puente raíz continúa enviando BPDU en un intervalo de tiempo de saludo (predeterminado 2 segundos). Estas BPDU siguen comunicando la topología de árbol actual. Cuando un puerto recibe una BPDU de saludo, compara la información ya almacenada para el puerto receptor. Una de estas tres acciones tiene lugar cuando un conmutador recibe una BPDU:
Si los datos de BPDU coinciden con la entrada existente en la tabla de direcciones MAC, el puerto restablece un temporizador denominado antigüedad máxima a cero y, a continuación, reenvía una nueva BPDU con la información de topología activa actual al siguiente puerto del árbol de expansión.
Si se ha cambiado la topología de la BPDU, la información se actualiza en la tabla de direcciones MAC, la antigüedad máxima se establece de nuevo en cero y se reenvía una nueva BPDU con la información de topología activa actual al siguiente puerto del árbol de expansión.
Cuando un puerto no recibe una BPDU de saludo tres veces, y si el puerto es el puerto raíz, se produce una reelaboración completa del árbol de expansión: consulte Cuando falla un puente raíz. Por otro lado, si el puente es un puente no raíz, RSTP detecta que el dispositivo conectado no puede enviar BPDU y convierte ese puerto en un puerto perimetral.
Cuando falla un puente raíz
Cuando un vínculo al puerto raíz deja de funcionar, se agrega a la BPDU un indicador denominado notificación de cambio de topología (TCN). Cuando esta BPDU llega al siguiente puerto de la VLAN, la tabla de direcciones MAC se vacía y la BPDU se envía al siguiente puente. Finalmente, todos los puertos de la VLAN vaciaron sus tablas de direcciones MAC. A continuación, RSTP configura un nuevo puerto raíz.Después de que falla un puerto raíz o un puerto designado, el puerto alternativo o de respaldo se hace cargo después de un intercambio de BPDU llamado protocolo de enlace propuesta-acuerdo. RSTP propaga este protocolo de enlace a través de vínculos punto a punto, que son vínculos dedicados entre dos nodos de red, o conmutadores, que conectan un puerto a otro. Si un puerto local se convierte en un nuevo puerto raíz o designado, negocia una transición rápida con el puerto receptor en el conmutador vecino más cercano mediante el uso del protocolo de enlace propuesta-acuerdo para garantizar una topología sin bucles.
Los dispositivos deben volver a aprender las direcciones MAC después de una falla de vínculo
Debido a que una falla de vínculo hace que todos los puertos asociados vacíen su tabla de direcciones MAC, la red puede ser más lenta a medida que se inunda para volver a aprender las direcciones MAC. Hay una manera de acelerar este proceso de reaprendizaje. Durante la propagación de TCN, la tabla de reenvío de conmutadores de capa 2 se vacía, lo que provoca una avalancha de paquetes de datos. La función Protocolo de resolución de direcciones (ARP) hace que el conmutador envíe de forma proactiva solicitudes ARP para direcciones IP en la caché ARP (presente debido a la interfaz VLAN de capa 3). Con ARP en STP habilitado, a medida que llega la respuesta, los conmutadores construyen la tabla de reenvío de capa 2, lo que limita la inundación posterior. Habilitar ARP en STP es más útil para evitar inundaciones excesivas en grandes redes de capa 2 que usan RVI.
La función ARP no está disponible en Junos OS para conmutadores serie EX compatibles con el estilo de configuración Enhanced Layer 2 Software (ELS).
Ver también
Elección de un protocolo de árbol de expansión
Al seleccionar un protocolo de árbol de expansión, tenga en cuenta dos preguntas básicas:
¿Qué características de STP necesito?
¿Qué conmutador o enrutador se utilizará?
- Comparación de características de árbol de expansión
- Compatibilidad y limitaciones del árbol de expansión del conmutador y el enrutador
Comparación de características de árbol de expansión
En la Tabla 1 se describen las diferencias entre los protocolos de árbol de expansión STP, RSTP, MSTP y VSTP.
| Ventajas | del protocolo Desventajas | |
|---|---|---|
RSTP |
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Propina:
Utilice la instrucción configuration .
Propina:
Si RSTP se ha forzado a ejecutarse como la versión original de STP, puede volver a RSTP revirtiendo a RSTP o VSTP desde STP IEEE 802.1D forzado. |
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STP |
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Propina:
Utilice la |
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MSTP |
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Propina:
Utilice la instrucción configuration |
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VSTP |
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Propina:
Cuando utilice VSTP, se recomienda habilitar VSTP en todas las VLAN que puedan recibir unidades de datos de protocolo de puente (BPDU) VSTP.
Propina:
Cuando configura VSTP con el
Propina:
El número máximo de VLAN admitidas por VSTP en un conmutador depende de si está utilizando Junos OS para conmutadores serie EX y serie QFX compatibles con el estilo de configuración Enhanced Layer 2 Software (ELS) o Junos OS que no admite ELS. Puede utilizar conmutadores de Juniper Networks con VSTP y Cisco con PVST+ y Rapid-PVST+ en la misma red. Cisco admite un protocolo propietario Per-VLAN Spanning Tree (PVST), que mantiene una instancia de árbol de expansión separada por cada VLAN. Un árbol de expansión por VLAN permite el equilibrio de carga de grano fino, pero requiere más procesamiento de CPU BPDU a medida que aumenta la cantidad de VLAN. PVST se ejecuta en troncales ISL propiedad de Cisco que no son compatibles con Juniper. Los conmutadores Juniper solo interoperan con PVST+ y Rapid-PVST+. |
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Todos los protocolos de árbol de expansión generan sus propias BPDU. Las aplicaciones puente de usuario que se ejecutan en un PC también pueden generar BPDU. Si las aplicaciones STP que se ejecutan en el conmutador recogen estas BPDU, pueden desencadenar errores de cálculo de STP, y esos errores de cálculo pueden provocar interrupciones en la red. Consulte Configuración de la protección BPDU en interfaces de árbol de expansión.
Si está configurando una interfaz para cualquier protocolo de árbol de expansión (STP, MSTP, RSTP y VSTP), las opciones , , y vlan-group no interface allvlan allestán disponibles cuando configure una interfaz con la opción de flexible-vlan-tagging familia.
Compatibilidad y limitaciones del árbol de expansión del conmutador y el enrutador
No todos los conmutadores y enrutadores admiten exactamente las mismas características y configuraciones. Las diferencias conocidas se enumeran en la Tabla 2.
Enrutador o conmutador |
Consideraciones |
|---|---|
Enrutadores serie MX |
Solo los enrutadores de la serie MX pueden usar el tipo de instancia de enrutamiento de conmutador virtual para aislar un segmento de LAN con su instancia de árbol de expansión y para separar su espacio de ID de VLAN. Consulte Configuración de una instancia de enrutamiento de conmutador virtual en enrutadores de la serie MX El seguimiento y el rastreo global están disponibles en enrutadores ACX y MX con la instrucción global traceoptions ; consulte Descripción de las opciones de seguimiento del protocolo de árbol de expansión. A partir de la versión 14.1R1, estas mejoras de registro STP son compatibles con los enrutadores de la serie MX:
En enrutadores MX y ACX, puede configurar interfaces de instancia RSTP, MSTP y VSTP como puertos de borde para una convergencia más rápida que la versión original de STP. Los puertos perimetrales pasan directamente al estado de reenvío, por lo que el protocolo no necesita esperar a que se reciban las BPDU en los puertos perimetrales. En un enrutador serie MX que ejecute RSTP o MSTP en una red de proveedor, puede habilitar la participación de puente de proveedor en la instancia RSTP o MSTP; consulte Descripción de la participación de puente de proveedor en instancias RSTP o MSTP. |
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Propina:
Para las redes puente de proveedor 802.1ad (VLAN apiladas) en enrutadores serie MX y serie M, los puertos de acceso con etiqueta única y los puertos troncales con doble etiqueta pueden coexistir en un contexto de árbol de expansión único. En este modo, el protocolo de árbol de expansión de VLAN (VSTP) puede enviar y recibir unidades de datos de protocolo de puente (BPDU) del Protocolo de árbol de expansión rápida (RSTP) sin etiquetar en interfaces Gigabit Ethernet (ge), 10 -Gigabit Ethernet (xe) y Ethernet agregada (ae). Las BPDU RSTP sin etiquetar interoperan con las BPDU VSTP etiquetadas enviadas a través de los puertos troncales con doble etiqueta. El doble etiquetado puede ser útil para los proveedores de servicios de Internet, ya que les permite usar VLAN internamente mientras mezclan el tráfico de clientes que ya están etiquetados con VLAN. |
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Enrutadores serie ACX |
En enrutadores MX y ACX, puede configurar interfaces de instancia RSTP, MSTP y VSTP como puertos de borde para una convergencia más rápida que la versión original de STP. Los puertos perimetrales pasan directamente al estado de reenvío, por lo que el protocolo no necesita esperar a que se reciban las BPDU en los puertos perimetrales. El seguimiento y el rastreo global están disponibles en enrutadores ACX y MX con la instrucción global traceoptions ; consulte Descripción de las opciones de seguimiento del protocolo de árbol de expansión. |
Conmutadores de la serie QFX |
Consulte Configuración de STP. Si su red incluye puentes IEEE 802.1D 1998, elimine RSTP y configure explícitamente STP: consulte Forzar la ejecución de RSTP o VSTP como IEEE 802.1D STP (procedimiento de la CLI). Cuando se configura explícitamente STP, los productos de la serie QFX utilizan la especificación IEEE 802.1D 2004, versión de fuerza 0. Esta configuración ejecuta una versión de RSTP que es compatible con el STP clásico y básico. Si utiliza LAN virtuales (VLAN), puede habilitar VSTP en la red. El soporte STP proporcionado para la serie QFX incluye:
Utilice el Protocolo de árbol de expansión rápida (RSTP) en el lado de la red de la serie QFX para proporcionar un tiempo de convergencia más rápido que el protocolo de árbol de expansión (STP) base. RSTP identifica ciertos enlaces como punto a punto. Cuando se produce un error en un vínculo punto a punto, el vínculo alternativo puede pasar al estado de reenvío, lo que acelera la convergencia. Una interfaz se puede configurar para la protección raíz o la protección de bucle, pero no para ambas. En los conmutadores serie EX (excepto EX9200) y serie QFX que ejecutan Junos OS compatible con ELS, VSTP puede admitir hasta 510 VLAN. Si su conmutador serie EX o QFX interopera con un dispositivo Cisco que ejecuta Rapid per VLAN Spanning Tree (Rapid PVST+), le recomendamos que habilite VSTP y RSTP en la interfaz de las series EX o QFX. |
Conmutadores de la serie EX |
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Propina:
Los conmutadores de la serie EX pueden tener un máximo de 253 VLAN en VSTP. Por lo tanto, para tener tantas VLAN de protocolo de árbol de expansión como sea posible, utilice VSTP y RSTP. A continuación, RSTP se aplicará a las VLAN que superen el límite de VSTP. Dado que RSTP está habilitado de forma predeterminada, solo necesita habilitar VSTP adicionalmente. |
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QFabric |
Aunque no es necesario ejecutar STP en un sistema QFabric, puede conectar un sistema QFabric a otro dispositivo de capa 2 y utilizar STP. El tráfico STP solo se puede procesar en grupos de nodos de red. Otros grupos de nodos, como los grupos de nodos de servidor redundantes y los grupos de nodos de servidor, descartan el tráfico de las unidades de datos de protocolo de puente STP (BPDU) y deshabilitan la interfaz automáticamente. Los grupos de nodos de servidor solo procesan protocolos orientados al host, mientras que los grupos de nodos de red procesan todos los protocolos compatibles. |
Firewalls serie SRX |
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