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Spanning Tree Protocol

¿Que es un spanning tree?

Dado un grafo sin dirección, un spanning tree o árbol de distribución de dicho grafo es un sub-grafo con forma de árbol que conecta todos los vértices. Un grafo puede tener múltiples árboles, estando contemplados varios estandares:
  • Spanning Tree tradicional (802.1d)
  • Rapid Spanning Tree o RSTP (802.1w)
  • Multiple Spanning Tree o MSTP (802.1s)
  • Per-VLAN Spanning Tree o PVST (Cisco)
Todo switch posee un identificar o Bridge ID (BID), compuesto de varios campos: campo de prioridad (por defecto 32768 con variaciones de 4096) y dirección MAC. 


De manera que la prioridad es el primer bit, de ahí el valor 32768, mas el valor de la VLAN con los 12 bits restantes del final; de ahí la condicición de ir sumando o restando paquetes de 4096 (2exp12). De este modo, cada switch puede diferenciar en una red e identificar que VLAN esta compartiendo o intercambiando tramas Ethernet (cada switch puede compartir diferentes VLANes). 


En cada VLAN, podemos tener un switch raíz diferente, por lo que cada switch tiene que tener bien configurado la función o modo de operación que tiene en cada subred; de ser root tendrá la prioridad 32769, puesto que tendra la vlan nativa 1. 

Costo del puerto

Todo puerto tiene un costo según la velocidad del enlace, aunque pueda ser modificado manualmente (switch(config-if)#spanning-tree cost ). 

Costo de la ruta

El costo de ruta se calcula sumando los costos de puerto de todos los enlaces de un switch a otro, de manera que las rutas de menor costo serán las preferidas para el envío de paquetes. La medida de este coste se mide en tiempo, respecto al switch raíz.

BPDU

Bridge Protocol Data Units, permiten calcular el árbol mediante el intercambio de mensajes entre los swtiches, que pueden ser para la configuración inicial, o para introducir cambios de topología (TCN)

Protocolo STP

Secuencia de los factores de decisión en STP

Los factores que vamos a tener en cuenta es la prioridad del switch raiz, el coste de ruta, la prioridad del switch emisor y finalmente el ID del propio puerto o su coste. 
  • Root BID
  • Root Path Cost
  • Sender BID
  • Port ID

Algoritmos STA de STP

El proceso de convergencia ocurre en 3 pasos:
  1. Elección del switch Raíz o Root Bridge
  2. Selección de Puertos Raíz o Root Ports
  3. Selección de puertos Designados y no Designados (envía o no envía datos). 
ELECCIÓN DEL SWITCH RAÍZ
     Cada switch comienza enviando mensajes poniendose a si mismo como raíz, de manera que cada switch analiza el BPDU recibido con el objetivo de encontrar un identificador de switch raiz menor.  Al final, todos los switches se ponen de acuerdo en cuanto al switch raíz.

Para ello sera necesario calcular los BID (prioridad + MAC). Con los switches de nuestra topología podemos ejecutar sh version desde la consola; para la prioridad tendremos que ejecutar show spanning-tree. Como vamos a tener tantas vlanes como árboles, un mismo dispositivo puede tener diferentes prioridades. CUANTO MENOS MEJOR. Ejemplo:
  • S0: 32769.0090.2105.771B
  • S1: 32769.0001.97CB.8AE3 <- li="" raiz="" switch="">
Si deseamos que el S0 sea el raíz, podemos ir restando bloques de 4096 a la prioridad, para hacer que sea manualmente el mas pequeño.

SELECCIÓN DE LOS PUERTOS RAÍZ
     Cada switch tiene que determinar donde esta situado con relación al switch raíz, es decir cada switch debe determinar su puerto raíz y encontrar el puerto con menor costo hacia el mismo (el costo acumulado de todos los enlaces hasta llegar al switch raíz.



SOLUCIÓN
  • Switch A es el rey por tener la MAC mas pequeña.
  • Puertos raíz SwitchB.1 y SwitchC.1. Estos puertos solo existen en los swtiches que no sean root, ya que root solo tiene puertos designados.
SELECCIÓN PUERTOS DESIGNADOS
   Una vez habiendo elegido el Root Bridge y los puertos raíz, es necesario elegir un puerto designado para cada segmento LAN. La tarea de este puerto sera la de propagar las tramas de usuario a dicho segmento. Todos los demás puertos quedaran en un estado de bloqueo, aunque en caso de que se necesitaran se activarían automáticamente. 

Los puertos designados se eligen a partir del costo acumulado hacia el Root Bridge. En caso de empate, se utiliza el BID de los switches, o si no finalmente, utilizando el ID del puerto. Todos los puertos que no sean designados como hemos comentados entraran en estado de bloqueo, 





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