Spanning Tree Protocol Overview

[Daniel Ordóñez Flores]

Spanning Tree es un protcolo de capa 2 que se utiliza para evitar loops de capa 2.

Cuando se implementa STP (Spanning Tree Protocol) en una red, se crea una topología libre de bucles al bloquear puertos redundantes. Esto permite que solo exista un camino activo entre dos dispositivos de red, evitando así la propagación indefinida de tramas broadcast y otros problemas asociados con los bucles. STP es fundamental para mantener la estabilidad y eficiencia en redes conmutadas de capa 2.

• Spanning Tree 802.1D
  • Utiliza una única topología, incluso si tienes muchas VLANs.
  • Los switches Cisco no utiliza mas esta topología.
• Per-VLAN Spanning Tree (PVST)
  • Protocolo propietario de Cisco que permite topologías STP independientes por VLAN..
  • Cada VLAN ejecuta una instancia independiente de STP.
  • Funciona únicamente con ISL.
• Per-VLAN Spanning Tree Plus (PVST+)
  • Igual que PVST, pero funciona con 802.1q
  • Los switches Cisco usan PVST/PVST+ por defecto.
• Rapid Spanning Tree (RSTP / 802.1W)
  • Proporciona una convergencia más rápida de STP.
  • Una sola instancia de VLAN.
  • Es un protocolo estándar con soporte multi-vendedor).
• Multiple Spanning Tree (MST / 802.1S)
  • Permite múltiples topologías STP diferentes.
  • Agrupa una o más VLANs en cada topología.
  • Reduce el uso de recursos cuando hay un gran número de VLANs en comparación con PVST/RSTP.

Bridge Protocol Data Units (BPDUs)

• Estos son los paquetes utilizados por STP para comunicarse entre switches.
• Existen dos tipos básicos:
  • Configuration BDPU- sSon BPDUs estándar enviados a intervalos regulares, se Utilizan para elegir al root Switch, determinar los roles de los puertos y enviar configuraciones de STP.
  • Topology Change (notification and acknowledgement)- Se usan para comunicar y notificar cambios en la topología.

Electing a root switch

• Este es el primer paso para construir una topología sin bucles.
• Para cada instancia de STP, solo existe un switch root.
• Este switch se convierte en el centro de la topología libre de bucles.
• Cada switch tiene un identificador de puente (Bridge ID) compuesto por dos partes:
  • Prioridad: Combinación de un valor de prioridad y el número de VLAN/instancia.
  • Dirección MAC del switch.
• El switch con el Bridge ID más bajo se convierte en el switch root .
• La prioridad es el método que usamos para configurar esta selección de manera determinista..
• Cada switch comienza creyendo que es el switch raíz y lo anuncia como tal en sus BPDUs.
• Si un switch recibe un BPDU inferior de un vecino, lo ignora.
• Si un switch recibe un BPDU superior, actualiza la información en sus BPDUs para anunciar al switch root

Port Roles

• STP asignará un rol a cada puerto de capa 2:
• Puerto Raíz (Root Port):
  • Es el puerto en un switch que no es root que tiene el mejor camino hacia el switch root.
  • El root switch no tiene puertos raíz.
  • Cada switch que no es root tiene un único puerto root.
  • Los puertos root siempre envían tráfico.
• Puerto Designado (Designated Port):
  • Cualquier puerto que no sea un puerto root puede clasificarse como puerto designado.
• Puerto Raíz Alternativo (Alternate Root Port):
  • Es un puerto designado que actúa como una ruta alternativa hacia el switch raíz.

Root Port Selection

• La interfaz con el costo de camino más bajo hacia el switch raíz.
• La interfaz asociada al switch con el Bridge ID más bajo.
• La interfaz asociada al puerto del switch con la prioridad de puerto más baja.
• La interfaz asociada al puerto del switch con el ID de puerto más bajo.

Forwarding/Blocking Decisions

• Todos los puertos en un root switch estarán en estado de envío.
• Los enlaces donde un puerto root de un switch se conecta a un puerto designado de otro switch reenviarán tráfico en ambos lados del enlace.
• Los enlaces que conectan dos puertos designados (DP) bloquearán en un lado del enlace.
• Si un DP está conectado al root switch, bloqueará el no switch root.
• El switch con el Bridge ID más alto será el que bloquee.
• Los BPDUs de configuración solo fluyen desde los DPs en estado no bloqueado, nunca hacia el switch raíz ni desde puertos bloqueados.

STP Convergence

• Cuando un switch detecta un cambio de enlace (subida/bajada), enviará un BPDU de cambio de topología (TCN) por su puerto root.
• Otros switches retransmitirán este TCN hacia el root switch a través de sus propios puertos root.
  • También enviarán un reconocimiento de TCN al switch descendente.
• El switch root luego enviará BPDUs con la bandera TCN activada.
• A medida que los demás switches reciben estos BPDUs, reducirán los temporizadores de envejecimiento de direcciones MAC al temporizador de retraso de reenvío (15 segundos por defecto) para eliminar las entradas más rápido.