Protocolo de árbol de expansión

El Protocolo de árbol de expansión (STP) es un protocolo de red que crea una topología lógica sin bucles para redes Ethernet. La función básica de STP es evitar los bucles de puente y la radiación de transmisión que resulta de ellos. El árbol de expansión también permite que un diseño de red incluya enlaces de respaldo que proporcionen tolerancia a fallas si falla un enlace activo.

Como sugiere el nombre, STP crea un árbol de expansión que caracteriza la relación de los nodos dentro de una red de puentes de capa 2 conectados y deshabilita los enlaces que no forman parte del árbol de expansión, dejando una única ruta activa entre dos. nodos de red. STP se basa en un algoritmo que fue inventado por Radia Perlman mientras trabajaba para Digital Equipment Corporation.

En 2001, el IEEE introdujo el Protocolo de árbol de expansión rápida (RSTP) como 802.1w. RSTP proporciona una recuperación significativamente más rápida en respuesta a cambios o fallas en la red, introduciendo nuevos comportamientos de convergencia y roles de puerto de puente para hacer esto. RSTP fue diseñado para ser retrocompatible con STP estándar.

STP se estandarizó originalmente como IEEE 802.1D, pero la funcionalidad de árbol de expansión (802.1D), árbol de expansión rápido (802.1w) y árbol de expansión múltiple (802.1s) se incorporó desde entonces a IEEE 802.1Q-2014.

Operación de protocolo

Interruptores con implementación de Protocolo de Árbol de Arbol de Aglomeración en una red de área local (LAN). Un interruptor es el STP puente raíz. Todos los puertos de conmutación que conectan un enlace entre dos interruptores son o root port (RP), a puerto designado (DP), or a puerto bloqueado (PB).

Después de la falla del enlace el algoritmo del árbol de azote compute y abarca nuevo árbol de menor costo.

Interruptores con implementación de Protocolo de Árboles de Arbolado en una red de área local (LAN)

La necesidad del Protocolo de árbol de expansión (STP) surgió porque los conmutadores en las redes de área local (LAN) a menudo se interconectan mediante enlaces redundantes para mejorar la resiliencia en caso de que falle una conexión. Sin embargo, esta configuración de conexión crea un bucle de conmutación que da como resultado radiaciones de difusión e inestabilidad de la tabla MAC. Si se utilizan enlaces redundantes para conectar conmutadores, es necesario evitar los bucles de conmutación.

Para evitar los problemas asociados con los enlaces redundantes en una LAN conmutada, STP se implementa en los conmutadores para monitorear la topología de la red. Se catalogan todos los enlaces entre conmutadores y, en particular, los enlaces redundantes. El algoritmo de árbol de expansión luego bloquea el reenvío en enlaces redundantes configurando un enlace preferido entre conmutadores en la LAN. Este enlace preferido se usa para todas las tramas de Ethernet a menos que falle, en cuyo caso se habilita un enlace redundante no preferido. Cuando se implementa en una red, STP designa un conmutador de capa 2 como puente raíz. Luego, todos los conmutadores seleccionan su mejor conexión hacia el puente raíz para reenviar y bloquear otros enlaces redundantes. Todos los switches se comunican constantemente con sus vecinos en la LAN mediante unidades de datos de protocolo de puente (BPDU).

Siempre que haya más de un enlace entre dos conmutadores, el puente raíz STP calcula el costo de cada ruta según el ancho de banda. STP seleccionará la ruta con el costo más bajo, es decir, el ancho de banda más alto, como el enlace preferido. STP habilitará este enlace preferido como la única ruta que se utilizará para las tramas de Ethernet entre los dos conmutadores y deshabilitará todos los demás enlaces posibles al designar los puertos del conmutador que conectan la ruta preferida como puerto raíz.

Después de que los conmutadores habilitados para STP en una LAN hayan elegido el puente raíz, todos los puentes no raíz asignan uno de sus puertos como puerto raíz. Este es el puerto que conecta el conmutador al puente raíz o, si hay varias rutas, el puerto con la ruta preferida calculada por el puente raíz. Debido a que no todos los conmutadores están conectados directamente al puente raíz, se comunican entre sí mediante STP BPDU. Cada conmutador suma el costo de su propia ruta al costo recibido de los conmutadores vecinos para determinar el costo total de una ruta dada al puente raíz. Una vez que se ha sumado el costo de todas las rutas posibles al puente raíz, cada conmutador asigna un puerto como puerto raíz que se conecta a la ruta con el costo más bajo o el ancho de banda más alto, que finalmente conducirá al puente raíz.

Coste de ruta

El costo predeterminado de la ruta STP se calculó originalmente mediante la fórmula 1 Gbit/s/ancho de banda. Cuando estuvieron disponibles velocidades más rápidas, los valores predeterminados se ajustaron, ya que, de lo contrario, las velocidades superiores a 1 Gbit/s habrían sido indistinguibles por STP. Su sucesor RSTP usa una fórmula similar con un numerador más grande: 20 Tbit/s /ancho de banda. Estas fórmulas conducen a los valores de muestra en la tabla.

Estados del puerto

Todos los puertos de switch en la LAN donde STP está habilitado se categorizan.

Bloqueo

Un puerto que causaría un giro si estuviera activo. Para evitar el uso de las rutas en bucle, no se envían ni reciben datos de usuario sobre un puerto de bloqueo. Los datos de BPDU siguen siendo recibidos en estado de bloqueo. Un puerto bloqueado puede entrar en modo de reenvío si los otros enlaces en uso fallan y el algoritmo del árbol de azotes determina que el puerto puede pasar al estado de reenvío.

Escuchando

El interruptor procesa BPDUs y espera una nueva información posible que lo haga volver al estado de bloqueo. No pobla la mesa del MAC y no presenta marcos.

Aprender

Si bien el puerto todavía no avanza marcos, aprende direcciones de origen de los marcos recibidos y los añade a la tabla MAC.

Adelante

Un puerto en operación normal recibiendo y reenviando marcos. Los monitores de puerto entran en BPDUs que indicarían que debería regresar al estado de bloqueo para evitar un bucle.

Discapacitados

Un administrador de red ha desactivado manualmente el puerto de conmutación.

Cuando un dispositivo se conecta por primera vez a un puerto de conmutador, no comenzará a reenviar datos inmediatamente. En su lugar, pasará por una serie de estados mientras procesa las BPDU y determina la topología de la red. El puerto conectado a un host, como una computadora, una impresora o un servidor, siempre pasa al estado de reenvío, aunque después de un retraso de unos 30 segundos mientras pasa por los estados de escucha y aprendizaje. El tiempo que se pasa en los estados de escucha y aprendizaje está determinado por un valor conocido como retraso de reenvío (15 segundos por defecto y establecido por el puente raíz). Si se conecta otro conmutador, el puerto puede permanecer en modo de bloqueo si se determina que provocaría un bucle en la red. Las BPDU de notificación de cambio de topología (TCN) se utilizan para informar a otros switches sobre los cambios de puerto. Los TCN se inyectan en la red mediante un conmutador no raíz y se propagan a la raíz. Al recibir el TCN, el conmutador raíz establecerá el indicador de cambio de topología en sus BPDU normales. Este indicador se propaga a todos los demás conmutadores y les indica que venzan rápidamente sus entradas de la tabla de reenvío.

Configuración

Antes de configurar STP, se debe planificar cuidadosamente la topología de la red. La configuración básica requiere que STP esté habilitado en todos los conmutadores de la LAN y que se elija la misma versión de STP en cada uno. El administrador puede determinar qué conmutador será el puente raíz y configurar los conmutadores de forma adecuada. Si el puente raíz deja de funcionar, el protocolo asignará automáticamente un nuevo puente raíz en función de la ID del puente. Si todos los conmutadores tienen el mismo ID de puente, como el ID predeterminado, y el puente raíz deja de funcionar, surge una situación de empate y el protocolo asignará un conmutador como puente raíz en función de las direcciones MAC del conmutador. Una vez que se ha asignado una ID de puente a los conmutadores y el protocolo ha elegido el conmutador de puente raíz, se calcula la mejor ruta al puente raíz en función del costo del puerto, el costo de la ruta y la prioridad del puerto. En última instancia, STP calcula el costo de la ruta en función del ancho de banda de un enlace; sin embargo, los enlaces entre conmutadores pueden tener el mismo ancho de banda. Los administradores pueden influir en la elección del protocolo de la ruta preferida configurando el costo del puerto, cuanto menor sea el costo del puerto, más probable es que el protocolo elija el enlace conectado como puerto raíz para la ruta preferida. La selección de cómo otros switches en la topología eligen su puerto raíz, o la ruta de menor costo al puente raíz, puede verse influenciada por la prioridad del puerto. La prioridad más alta significará que, en última instancia, la ruta será menos preferida. Si todos los puertos de un conmutador tienen la misma prioridad, se elige el puerto con el número más bajo para reenviar tramas.

Puente raíz y el ID del puente

Una red de ejemplo. Las cajas numeradas representan puentes, que son interruptores en una LAN. El número es la identificación del puente. Las nubes escritas representan segmentos de red. La identificación de puente más pequeña es 3. Por lo tanto, el puente 3 es el puente raíz.

El puente raíz del árbol de expansión es el puente con el ID de puente más pequeño (más bajo). Cada puente tiene un número de prioridad configurable y una dirección MAC; la ID del puente es la concatenación de la prioridad del puente y la dirección MAC. Por ejemplo, el ID de un puente con prioridad 32768 y MAC 0200.0000.1111 es 32768.0200.0000.1111. La prioridad predeterminada del puente es 32768 y solo se puede configurar en múltiplos de 4096. Al comparar dos ID de puente, las partes de prioridad se comparan primero y las direcciones MAC se comparan solo si las prioridades son iguales. El conmutador con la prioridad más baja de todos los conmutadores será la raíz; si hay un empate, el conmutador con la prioridad más baja y la dirección MAC más baja será la raíz. Por ejemplo, si cambia A (MAC = 0200.0000.1111) y B (MAC = 0200.0000.2222) ambos tienen una prioridad de 32768, luego se seleccionará el conmutador A como puente raíz. Si los administradores de red desean que el switch B se convierta en el puente raíz, deben establecer su prioridad en menos de 32768.

Ruta al puente raíz

La secuencia de eventos para determinar la BPDU mejor recibida (que es la mejor ruta a la raíz) es:

1. Identificación de puente raíz más baja (BID) - Determina el puente raíz.
2. Costo más bajo para el puente raíz - Favore el interruptor de corriente con el menor costo para root
3. Puente del remitente más bajo ID - Sirve como rompecortes si varios interruptores de corriente arriba tienen igual costo para root
4. Puerto del remitente más bajo ID - Servi como un interruptor de corbata si un interruptor tiene múltiples (no-EtherChannel) enlaces a un solo interruptor de corriente, donde:
   • Bridge ID = prioridad (4 bits) + extensión de identificación del sistema asignada localmente (12 bits) + ID [dirección de MAC] (48 bits); la prioridad predeterminada del puente es 32768, y
   • ID de puerto = prioridad (4 bits) + ID (número de interfaz) (12 bits); la prioridad portuaria predeterminada es 128.

Desempates

Pata de ruta: La ruta menos costosa a la raíz del segmento de red e pasa por el puente 92. Por lo tanto, el puerto designado para segmento de red e es el puerto que conecta puente 92 a segmento de red e.

Puertos de raíz

Cuando múltiples caminos de un puente son caminos de menor costo, el camino elegido utiliza el puente vecino con la identificación del puente inferior. El puerto raíz es por lo tanto el que se conecta al puente con el menor ID de puente. Por ejemplo, en las figuras, si el interruptor 4 estuviera conectado al segmento de red d en lugar del segmento f, habría dos caminos de longitud 2 a la raíz, un camino que pasa por el puente 24 y el otro a través del puente 92. Debido a que hay dos caminos de menor costo, el ID de puente inferior (24) se utilizaría como el rompecorrientes en elegir qué camino utilizar.

Senderos

Cuando más de un puente en un segmento conduce a una ruta de menor costo a la raíz, el puente con la identificación del puente inferior se utiliza para enviar mensajes a la raíz. El puerto que adjunta ese puente al segmento de red es el puerto designado para el segmento. En las cifras, hay dos rutas menos costosas desde el segmento d de la red hasta la raíz, una pasando por el puente 24 y la otra a través del puente 92. La identificación de puente inferior es 24, por lo que el rompecorrientes dicta que el puerto designado es el puerto a través del cual el segmento de red d está conectado al puente 24. Si las identificaciones de puente fueran iguales, entonces el puente con la dirección MAC más baja tendría el puerto designado. En cualquier caso, el perdedor establece el puerto como bloqueado.

Puertos designados

Cuando el puente raíz tiene más de un puerto en un solo segmento de LAN, el ID de puente está efectivamente ligado, al igual que todos los costes de la ruta raíz (todo igual cero). El puerto en ese segmento de LAN con el menor ID de puerto se convierte en el puerto designado. Se pone en modo de reenvío, mientras que todos los demás puertos en el puente raíz en ese mismo segmento LAN se convierten en puertos no diseñados y se ponen en modo de bloqueo. No todos los fabricantes de puentes siguen esta regla, en lugar de hacer todos los puertos de puente raíz designados puertos, y ponerlos todos en modo de reenvío.

Final tiebreaker

En algunos casos, todavía puede haber una corbata, ya que cuando el puente raíz tiene múltiples puertos activos en el mismo segmento de LAN (ver arriba) con costos de ruta de raíz igualmente bajos e identificaciones de puente, o, en otros casos, varios puentes están conectados por múltiples cables y múltiples puertos. En cada caso, un solo puente puede tener múltiples candidatos para su puerto raíz. En estos casos, los candidatos para el puerto raíz ya han recibido BPDUs ofreciendo igualmente bajo (es decir, el "mejor") costes de la ruta de la raíz e igualmente bajo (es decir, los "mejores") IDs de puente, y el marcador final va al puerto que recibió el menor (es decir, el "mejor") ID de prioridad del puerto, o el ID de puerto.

Unidades de datos de protocolo de puente

Las reglas anteriores describen una forma de determinar qué árbol de expansión calculará el algoritmo, pero las reglas tal como están escritas requieren el conocimiento de toda la red. Los puentes deben determinar el puente raíz y calcular los roles de puerto (raíz, designado o bloqueado) solo con la información que tienen. Para garantizar que cada puente tenga suficiente información, los puentes utilizan tramas de datos especiales denominadas unidades de datos de protocolo de puente (BPDU) para intercambiar información sobre los ID de puente y los costos de la ruta raíz.

Un puente envía una trama BPDU utilizando la dirección MAC única del propio puerto como dirección de origen y una dirección de destino de la dirección de multidifusión STP 01:80:C2:00:00:00.

Hay dos tipos de BPDU en la especificación STP original (la extensión Rapid Spanning Tree (RSTP) usa una RSTP BPDU específica):

• Configuración BPDU (CBPDU), utilizado para la computación de árboles azotados
• Aviso de cambio de topología (TCN) BPDU, utilizado para anunciar cambios en la topología de red

Las BPDU se intercambian regularmente (cada 2 segundos de manera predeterminada) y permiten que los conmutadores realicen un seguimiento de los cambios en la red y que inicien y detengan el reenvío en los puertos según sea necesario. Para evitar el retraso al conectar hosts a un conmutador y durante algunos cambios de topología, se desarrolló Rapid STP, que permite que un puerto de conmutador pase rápidamente al estado de reenvío durante estas situaciones.

Campos de unidad de datos de protocolo de puente

Las BPDU IEEE 802.1D e IEEE 802.1aq tienen el siguiente formato:

 1. ID de protocolo: 2 bytes (0x0000 IEEE 802.1D)
2. ID de la versión: 1 byte (0x00 Config & TCN / 0x02 RST / 0x03 MST / 0x04 SPT BPDU)
3. BPDU Tipo: 1 byte (0x00 STP Config BPDU, 0x80 TCN BPDU, 0x02 RST/MST Config BPDU)
4. Banderas: 1 byte
bits: uso
1: 0 o 1 para Topología Cambio
2: 0 (no utilizado) o 1 para la propuesta en RST/MST/SPT BPDU
3-4: 00 (no utilizados) o
01 for Port Role Alternate/Backup in RST/MST/SPT BPDU
10 for Port Role Root in RST/MST/SPT BPDU
11 for Port Role Designated in RST/MST/SPT BPDU
5: 0 (no utilizado) o 1 para el aprendizaje en RST/MST/SPT BPDU
6: 0 (no utilizado) o 1 para avanzar en RST/MST/SPT BPDU
7: 0 (no utilizado) o 1 para Acuerdo en RST/MST/SPT BPDU
8: 0 o 1 para Topología Reconocimiento de cambios
5. ID de raíz: 8 bytes (CIST Root ID in MST/SPT BPDU)
bits: uso
1–4: Prioridad del puente raíz
5–16: Extensión de identificación del sistema Root Bridge
17-64: Root Bridge MAC Dirección
6. Costo de ruta: 4 bytes (CIST Costo de ruta externa en MST/SPT BPDU)
7. ID del puente: 8 bytes (CIST Regional Root ID in MST/SPT BPDU)
bits: uso
1–4: Prioridad del Puente
5–16: Bridge System ID Extension
17-64: Bridge MAC Dirección
8. ID de puerto: 2 bytes
9. Edad del mensaje: 2 bytes en 1/256 segundos
10. Edad máxima: 2 bytes en 1/256 segundos
11. Hola Hora: 2 bytes en 1/256 segundos
12. Dilatación futura: 2 bytes en 1/256 segundos
13. Versión 1 Duración: 1 byte (0x00 no ver 1 protocolo info presente. RST, MST, SPT BPDU only)
14. Versión 3 Duración: 2 bytes (MST, SPT BPDU solamente)

 El TCN BPDU incluye campos 1-3 solamente. 

Estándares del protocolo de árbol de expansión

Radia Perlman inventó el primer protocolo de árbol de expansión en 1985 en Digital Equipment Corporation. En 1990, el IEEE publicó el primer estándar para el protocolo como 802.1D, basado en el algoritmo diseñado por Perlman. Las versiones posteriores se publicaron en 1998 y 2004, incorporando varias extensiones. El protocolo de árbol de expansión original inspirado en Perlman, llamado DEC STP, no es un estándar y se diferencia de la versión IEEE en el formato del mensaje y en la configuración del temporizador. Algunos puentes implementan las versiones IEEE y DEC del Protocolo de árbol de expansión, pero su interconexión puede crear problemas para el administrador de la red.

No se garantiza que las diferentes implementaciones de un estándar interoperen debido, por ejemplo, a las diferencias en la configuración predeterminada del temporizador. El IEEE alienta a los proveedores a proporcionar una Declaración de conformidad de implementación de protocolo, declarando qué capacidades y opciones se han implementado, para ayudar a los usuarios a determinar si las diferentes implementaciones interoperarán correctamente.

Protocolo de árbol de expansión rápida

En 2001, el IEEE introdujo el Protocolo de árbol de expansión rápida (RSTP) como IEEE 802.1w. Luego, RSTP se incorporó a IEEE 802.1D-2004, lo que hizo que el estándar STP original quedara obsoleto. RSTP fue diseñado para ser compatible con versiones anteriores de STP estándar.

RSTP proporciona una convergencia de árbol de expansión significativamente más rápida después de un cambio de topología, introduciendo nuevos comportamientos de convergencia y roles de puerto de puente para lograr esto. Mientras que STP puede tardar entre 30 y 50 segundos en responder a un cambio de topología, RSTP normalmente puede responder a los cambios en 3 × tiempos de saludo (predeterminado: 3  ×  2 segundos) o dentro de unos pocos milisegundos de una falla de enlace físico. El tiempo de saludo es un intervalo de tiempo importante y configurable que RSTP utiliza para varios propósitos; su valor por defecto es de 2 segundos.

Operación rápida de árbol de expansión

RSTP agrega nuevas funciones de puerto de puente para acelerar la convergencia después de una falla de enlace:

• Root - Un puerto de reenvío que es el mejor puerto desde puente no raíz hasta puente raíz
• Designado - Un puerto de reenvío para cada segmento LAN
• Suplente - Un camino alternativo al puente raíz. Este camino es diferente al uso del puerto raíz
• Copia de seguridad - Una ruta de copia de seguridad/redundant hacia un segmento donde otro puerto puente ya conecta
• Discapacitados - No estrictamente parte de STP, un administrador de red puede desactivar manualmente un puerto

El número de estados de puerto de conmutador en los que puede estar un puerto se ha reducido a tres en lugar de los cinco originales de STP:

• Discusión - No se envían datos de usuario sobre el puerto
• Aprender - El puerto todavía no está reenviando marcos, pero está poblando su mesa de dirección MAC
• Adelante - El puerto está en pleno funcionamiento

Detalles operativos de RSTP:

• Detección de fallo del interruptor de raíz se hace en 3 tiempos de hola, que es de 6 segundos si los tiempos de hola predeterminados no han sido cambiados.
• Los puertos pueden configurarse como puertos de bordes si están conectados a una LAN que no tiene otros puentes conectados. Estos puertos de borde pasan directamente al estado de reenvío. RSTP sigue monitoreando el puerto para BPDUs en caso de que se conecte un puente. RSTP también se puede configurar para detectar automáticamente los puertos de bordes. Tan pronto como el puente detecta un BPDU llegando a un puerto de borde, el puerto se convierte en un puerto no-edge.
• RSTP llama la conexión entre dos o más interruptores como una conexión "tipo de enlace". Se supone que un puerto que opera en modo dúplex completo es un enlace punto a punto, mientras que un puerto medio dúplex (a través de un centro) se considera un puerto compartido por defecto. Esta configuración automática de tipo de enlace puede ser anulada por configuración explícita. RSTP mejora la convergencia en los enlaces de punto a punto reduciendo el tiempo de Max-Age a 3 veces intervalo Hello, eliminando el estado de escucha STP, e intercambiando un apretón de manos entre dos interruptores para la transición rápida del puerto al estado de reenvío. RSTP no hace nada diferente de STP en enlaces compartidos.
• A diferencia de STP, RSTP responderá a los BPDUs enviados desde la dirección del puente raíz. Un puente RSTP propuesta su información de árboles que abarcan a sus puertos designados. Si otro puente RSTP recibe esta información y determina que esta es la información de raíz superior, establece todos sus otros puertos para descartar. El puente puede enviar un acuerdo al primer puente confirmando su información superior de árboles de azotes. El primer puente, al recibir este acuerdo, sabe que puede pasar rápidamente ese puerto al estado de reenvío superando la transición estatal de escucha/aprendizaje. Esto esencialmente crea un efecto de cascada lejos del puente raíz donde cada puente designado propone a sus vecinos para determinar si puede hacer una transición rápida. Este es uno de los elementos principales que permite que la RSTP alcance tiempos de convergencia más rápidos que la STP.
• Como se discutió en los detalles de la función portuaria anterior, RSTP mantiene los detalles de la copia de seguridad respecto al estado de descarte de los puertos. Esto evita los plazos si los puertos de reenvío actuales fallaran o los BPDU no fueron recibidos en el puerto raíz en un intervalo determinado.
• RSTP revertirá a STP legado en una interfaz si se detecta una versión heredada de un STP BPDU en ese puerto.

Estándares para VLAN

STP y RSTP no separan los puertos de switch por VLAN. Sin embargo, en entornos conmutados por Ethernet donde existen múltiples VLAN, a menudo es deseable crear múltiples árboles de expansión para que el tráfico en diferentes VLAN use diferentes enlaces.

Estándares patentados

Antes de que IEEE publicara un estándar de protocolo de árbol de expansión para VLAN, varios proveedores que vendían conmutadores con capacidad para VLAN desarrollaron sus propias versiones de protocolo de árbol de expansión con capacidad para VLAN. Cisco desarrolló, implementó y publicó el protocolo patentado Per-VLAN Spanning Tree (PVST) usando su propio Inter-Switch Link (ISL) para encapsulación de VLAN, y PVST+ que utiliza encapsulación de VLAN 802.1Q. Ambos estándares implementan un árbol de expansión separado para cada VLAN. Los switches de Cisco ahora implementan comúnmente PVST+ y solo pueden implementar árboles de expansión para VLAN si los otros switches en la LAN implementan el mismo protocolo VLAN STP. HP proporciona compatibilidad con PVST y PVST+ en algunos de sus conmutadores de red. Algunos dispositivos de Force10 Networks, Alcatel-Lucent, Extreme Networks, Avaya, Brocade Communications Systems y BLADE Network Technologies admiten PVST+. Extreme Networks lo hace con dos limitaciones: falta de soporte en los puertos donde la VLAN no está etiquetada/es nativa, y también en la VLAN con ID 1. PVST+ puede hacer un túnel a través de una región MSTP.

El proveedor de conmutadores Juniper Networks, a su vez, desarrolló e implementó su VLAN Spanning Tree Protocol (VSTP) para brindar compatibilidad con PVST de Cisco, de modo que los conmutadores de ambos proveedores puedan incluirse en una LAN. El protocolo VSTP solo es compatible con las series EX y MX de Juniper Networks. Hay dos restricciones a la compatibilidad de VSTP:

1. VSTP soporta sólo 253 topologías diferentes de los árboles de la lengua. Si hay más de 253 VLANs, se recomienda configurar RSTP además de VSTP, y VLANs más allá de 253 serán manejados por RSTP.
2. MVRP no admite VSTP. Si este protocolo está en uso, la membresía VLAN para interfaces troncales debe ser configurada estadísticamente.

De manera predeterminada, VSTP usa el protocolo RSTP como su protocolo central de árbol de expansión, pero el uso de STP se puede forzar si la red incluye puentes antiguos. Se publicó más información sobre la configuración de VSTP en los conmutadores de Juniper Networks en la documentación oficial.

Cisco también publicó una versión patentada de Rapid Spanning Tree Protocol. Crea un árbol de expansión para cada VLAN, al igual que PVST. Cisco se refiere a esto como Árbol de expansión rápido por VLAN (RPVST).

Protocolo de árbol de expansión múltiple

El protocolo de árbol de expansión múltiple (MSTP), originalmente definido en IEEE 802.1s-2002 y luego fusionado en IEEE 802.1Q-2005, define una extensión de RSTP para desarrollar aún más la utilidad de las VLAN.

En el estándar, un árbol de expansión que asigna una o más VLAN se denomina árbol de expansión múltiple (MST). Bajo MSTP, se puede definir un árbol de expansión para VLAN individuales o para grupos de VLAN. Además, el administrador puede definir rutas alternativas dentro de un árbol de expansión. Los switches primero se asignan a una región MST, luego las VLAN se asignan o se asignan a este MST. Un árbol de expansión común (CST) es un MST al que se asignan varias VLAN; este grupo de VLAN se denomina instancia de MST (MSTI). Los CST son compatibles con versiones anteriores del estándar STP y RSTP. Un MST que tiene solo una VLAN asignada es un árbol de expansión interno (IST).

A diferencia de algunas implementaciones de árbol de expansión patentadas por VLAN, MSTP incluye toda su información de árbol de expansión en un solo formato BPDU. Esto no solo reduce la cantidad de BPDU necesarias para comunicar la información del árbol de expansión para cada VLAN, sino que también garantiza la compatibilidad con versiones anteriores de RSTP y, de hecho, también con el STP clásico. MSTP hace esto mediante la codificación de una región adicional de información después de la RSTP BPDU estándar, así como una cantidad de mensajes MSTI (de 0 a 64 instancias, aunque en la práctica muchos puentes admiten menos). Cada uno de estos mensajes de configuración de MSTI transmite la información del árbol de expansión para cada instancia. A cada instancia se le puede asignar una cantidad de VLAN configuradas y las tramas asignadas a estas VLAN operan en esta instancia de árbol de expansión siempre que estén dentro de la región MST. Para evitar transmitir su VLAN completa al mapeo de árbol de expansión en cada BPDU, los puentes codifican un resumen MD5 de su VLAN a la tabla de instancias en el MSTP BPDU. Luego, otros puentes MSTP utilizan este resumen, junto con otros valores configurados administrativamente, para determinar si el puente vecino se encuentra en la misma región MST que él mismo.

MSTP es totalmente compatible con puentes RSTP en el sentido de que un puente RSTP puede interpretar una BPDU MSTP como una BPDU RSTP. Esto no solo permite la compatibilidad con puentes RSTP sin cambios de configuración, sino que también hace que cualquier puente RSTP fuera de una región MSTP vea la región como un solo puente RSTP, independientemente de la cantidad de puentes MSTP dentro de la propia región. Para facilitar aún más esta vista de una región MSTP como un solo puente RSTP, el protocolo MSTP utiliza una variable conocida como saltos restantes como un contador de tiempo de vida en lugar del temporizador de antigüedad del mensaje que utiliza RSTP. El tiempo de antigüedad del mensaje solo se incrementa una vez cuando la información del árbol de expansión ingresa a una región MST y, por lo tanto, los puentes RSTP verán una región como solo un salto en el árbol de expansión. Los puertos en el borde de una región MSTP conectada a un puente RSTP o STP o a un punto final se conocen como puertos límite. Al igual que en RSTP, estos puertos se pueden configurar como puertos de borde para facilitar cambios rápidos en el estado de reenvío cuando se conectan a puntos finales.

Puente de ruta más corta

IEEE 802.1aq, también conocido como Shortest Path Bridging (SPB), permite que los enlaces redundantes entre conmutadores estén activos a través de múltiples rutas de igual costo y proporciona topologías de capa 2 mucho más grandes, una convergencia más rápida y mejora el uso de la malla. topologías a través de un mayor ancho de banda entre todos los dispositivos al permitir que el tráfico comparta la carga en todas las rutas en una red de malla. SPB consolida múltiples funcionalidades existentes, incluido el protocolo de árbol de expansión (STP), el protocolo de árbol de expansión múltiple (MSTP), el protocolo de árbol de expansión rápido (RSTP), la agregación de enlaces y el protocolo de registro MAC múltiple (MMRP) en un protocolo de estado de un enlace.

Extensión de ID del sistema

El Bridge ID (BID) es un campo dentro de un paquete BPDU. Tiene una longitud de ocho bytes. Los dos primeros bytes son la prioridad del puente, un número entero sin signo de 0 a 65 535. Los últimos seis bytes son una dirección MAC proporcionada por el puente. Antes de IEEE 802.1D-2004, los primeros dos bytes otorgaban una prioridad de puente de 16 bits. Desde IEEE 802.1D-2004, los primeros cuatro bits son una prioridad configurable y los últimos doce bits llevan la extensión de ID del sistema puente. En el caso de MST, la extensión de ID del sistema puente lleva el número de instancia de MSTP. Algunos proveedores configuran la extensión de ID del sistema de puente para llevar una ID de VLAN que permite un árbol de expansión diferente por VLAN, como el PVST de Cisco.

Desventajas y práctica actual

Spanning Tree es un protocolo más antiguo con un tiempo de convergencia más largo. El uso o la implementación inadecuados pueden contribuir a las interrupciones de la red. El bloqueo de enlaces es un enfoque crudo para la alta disponibilidad y la prevención de bucles. Las redes modernas pueden hacer uso de todos los enlaces conectados mediante el uso de protocolos que inhiben, controlan o suprimen el comportamiento natural de los bucles de topología lógicos o físicos.

Los protocolos más nuevos y robustos incluyen el protocolo TRILL (Transparent Interconnection of Lots of Links), también creado por Perlman, y Shortest Path Bridging de IEEE.

Configurar conexiones entre equipos de red como enlaces IP de capa 3 y confiar en el enrutamiento IP para la resistencia y para evitar bucles es una alternativa popular.

Técnicas de virtualización de conmutadores como Cisco Virtual Switching System y Virtual PortChannel y HP Intelligent Resilient Framework combinan varios conmutadores en una sola entidad lógica. Dicho grupo de agregación de enlaces de varios chasis funciona como un enlace troncal de puerto normal, solo distribuido a través de varios conmutadores. Por el contrario, las tecnologías de partición compartimentan un solo chasis físico en varias entidades lógicas.

En el borde de la red, la detección de bucles está configurada para evitar bucles accidentales por parte de los usuarios.