PDF de programación - Clases de Redes II

Para Grado en Ingeniería Informática de la

Universidad Francisco de Vitoria

20-07-2016

Miércoles 20 de julio

1.

2.

Teoría: Teoría de Spanning Tree.

Práctica: Ejercicios de Spanning Tree.

2
2

Spanning-Tree

TEORÍA

la disponibilidad de

REDUNDANCIA
La redundancia de capa 2 mejora
la red
implementando rutas de red alternativas, usando el equipamiento y
cableado de la misma.
La redundancia proporciona flexibilidad a la hora de seleccionar la ruta
en una
transmitan
independientemente de si falla una ruta o un dispositivo en las capas
de distribución o de núcleo.

red, permitiendo que

los datos

se

Cisco SLM224GT-EU - Smart switch de red, (Ethernet, 24

puertos con 2 mini-GBIC puertos) o gigabit interface

converter

TEMA 07: NIVEL DE RED INTERNET

resultado de ello,

PROBLEMAS CON LA REDUNDANCIA
Cuando existen varias rutas entre 2 dispositivos de la red y
STP se ha desactivado en esos switches, se puede producir
un bucle de capa 2.
Las tramas Ethernet no disponen de un parámetro TTL
asociado, como ocurre con los paquetes IP.
Como
se manipulan
adecuadamente dentro de una red conmutada, estas
tramas pueden seguir indefinidamente.
Los bucles provocan una enorme sobrecarga en las CPUs
de los switches implicados. Esto reduce notablemente el
rendimiento del switch cuando llega tráfico legítimo.
Un host que sea ve atrapado en medio de un bucle de red
no está accesible por los demás hosts de la red.

si no

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Spanning-Tree

TEORÍA

la capa 2 son en general mucho más

TRAMAS UNICAST DUPLICADAS
Las tramas unicast también terminan embucladas en la red. Al
dispositivo destino le pueden llegar tramas unicast duplicadas.

Los problemas de
debilitadores para una red que los de capa 3.
La mayoría de los protocolos de capa superior no están preparados
para reconocer, o afrontar, transmisiones duplicadas. En general,
los protocolos que utilizan mecanismos de numeración asumen
que la transmisión ha fallado y que el número de secuencia ha sido
reciclado por otra sesión de comunicación. Otros protocolos
intentan pasar la transmisión duplicada al protocolo de capa
superior adecuado para que sea procesada y, en caso necesario,
descartada.
Por suerte, los switches son capaces de detectar bucles en una red.
STP elimina estos problemas de bucles.

TEMA 07: NIVEL DE RED INTERNET

Cisco SG300-10 Switch, 10 port managed gigabit wwitch, 10xRJ45 LAN, with

2 x Dual SFP, specially for Dante thomann Network, sctivity LED, int. PSU,

configuration via web-browser

PROBLEMAS DE REDUNDANCIA EN EL MUNDO REAL
La redundancia es un
importante componente de una
topología de red jerárquica con una alta disponibilidad, pero los
bucles pueden aparecer por culpa de todas
las rutas
configuradas en la red.

BUCLES EN LOS ARMARIOS DE CABLEADO
En muchas ocasiones los cables de los armarios de cableado no
están debidamente conectados. Entonces se hacen conexiones
por error. Y se producen bucles de switch a switch. Una
excepción es cuando se utiliza el sistema de agrupación
EthernChannel.

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Spanning-Tree

TEORÍA

INTRODUCCIÓN A STP
Cuando se introduce la redundancia de capa 3 pueden
producirse bucles y tramas duplicadas. El protocolo STP evita
estos problemas. Fue desarrollado por Radia Perlman y
publicado en 1990.

Cisco SG110-16 - Switch de red (128 MB, 10/100/1000, PoE)

intencionadamente

STA (SPANNING-TREE ALGORITHM)
STP garantiza que sólo exista una ruta lógica entre todos los
destinos de red bloqueando
las rutas
redundantes que puedan causar un bucle.
Se considera que un puerto del switch está bloqueado cuando se
evita que el tráfico de la red entre o salga por él. Esto no incluye
las tramas BPDU que utiliza STP para evitar los bucles.
Si una ruta es necesaria alguna vez para compensar un fallo en
un cable de red o en un switch, STP recalcula las rutas y
desbloquea
la ruta
redundante.

los puertos necesarios para activar

TEMA 07: NIVEL DE RED INTERNET

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Spanning-Tree

TEORÍA

TOPOLOGÍA STP
STP evita los bucles configurando un entorno libre de ellos
mediante el uso de puertos bloqueados
situados
estratégicamente. Los switches que ejercutan STP son
capaces de compensar los fallos desbloqueando de manera
dinámica
y
permitiendo que el tráfico atraviese las rutas alternativas.

los puertos previamente bloqueados

Cisco SLM2024T - Switch de red (24 x RJ45, 2.5 A, 50-60 Hz)

TEMA 07: NIVEL DE RED INTERNET

TIPOS DE PUERTO EN EL ALGORITMO DE ÁRBOL DE EXTENSIÓN
El STA designa un único switch como puente raíz y lo usa como punto
de referencia para todos los cálculos posteriores.
Todos los switches que participan en STP intercambian tramas BPDU
para determinar el switch que tiene el BID (ID de puente, Bridge ID)
menor en la red. Dicho switch se convierte automáticamente en el
puente raíz para los cálculos STA.
Cuando el STA ha determinado las mejores rutas que emanan del
puente raíz, configura los puertos del switch con los diferentes roles
que tienen que desempeñar. Los roles de puerto describen su
relación en la red con el puerto raíz y si tienen permiso para enviar
tráfico:
• Puerto raíz: Es cada switch, es el puerto más cercano al puente raíz
• Puertos dedicados: En cada switch, son los puertos no-raíz que

todavía pueden reenviar el tráfico por la red

• Puertos no dedicados: En cada switch, son los puertos que no son
ni raíz ni designados. Están configurados en un estado bloqueado
a fín de evitar bucles

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Spanning-Tree

TEORÍA

LAS TRAMAS BPDU
Bridge Protocol Data Units (BPDUs) son
tramas que contienen
información del
protocolo Spanning tree (STP). Los switches
mandan BPDUs usando una única dirección
MAC de su puerto como mac de origen y
una dirección de multicast como MAC de
destino (01:80:C2:00:00:00) .

Hay tres tipos de BPDUs:
1. BPDU de configuración de red, usada por
el protocolo Spanning tree para proveer
información a todos los switches.

2. TCN (Topology change), avisa sobre

cambios en la topología.
(Topology

3. TCA

Acknowledgment),
recepción del TCN.

confirman

change
la

TEMA 07: NIVEL DE RED INTERNET

Tramas BPDU

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Spanning-Tree

TEORÍA

PUENTE RAÍZ, COSTES DE RUTA Y MEJORES RUTAS
Puente raíz: Cada instancia del árbol de extensión en una LAN
conmutada cuenta con un switch designado como puente
raíz.

La información de ruta viene determinada por la suma de los
costes de puerto de salida individuales a lo largo de la ruta
desde el switch respectivo hasta el puente raíz.
Los costes del puerto por defecto suelen están desfasados por
las velocidades habituales a la que operan los puertos.
Cada puerto de un switch tiene asociado un coste
predeterminado, pero este valor es configurable.
El coste de ruta es la suma de todos los costes de puerto de
salida a lo largo de la ruta hacia el puente raíz.

Cisco WS-C3560X-24P-L

TEMA 07: NIVEL DE RED INTERNET

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Spanning-Tree

TEORÍA

TRAMAS Y PROCESO BPDU
STP determina el puente raíz para la instancia del árbol de
extensión intercambiando BPDUs. La trama BPDU contiene 12
campos distintos, divididos en tres partes principales:
• Los cuatro primeros campos identifican el protocolo, la versión,

el tipo de mensaje y los flags de estado.

• Los cuatro intermedios se utilizan para identificar el puente raíz

y el coste de la ruta hacia él

• Los últimos cuatro son indicadores de temporización que
determinan con qué frecuencia se envían los mensajes BPDU y
cuánto tiempo se retiene la información recibida a través del
proceso BPDU.

TEMA 07: NIVEL DE RED INTERNET

CISCO Switch Small Business 200 Series SG200-18 - 16
puertos 10/100/1000 Mbps + 2 puertos SFP Gigabit

CONTINUACIÓN DEL PROCESO BPDU
Cada switch de un dominio de broadcast asume inicialmente que
es el puente raíz de la instancia de árbol de extensión, por lo que
las tramas BPDU enviadas contienen el BID del switch local como
el ID raíz.
Cuando los switches adyacentes reciben una trama BPDU,
comparan el ID raíz contenido con dicha trama con el ID raíz
local. Estos mensajes sirven para indicar el nuevo puente raíz de
la red.

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Spanning-Tree

TEORÍA

ID DE PUENTE, BRIDGE-ID Ó BID
El campo BID de una trama BPDU contiene tres campos
separados:
1. Prioridad de puente (de 1 a 65536).
2.
Id de sistema extendido.
3. Dirección MAC (48 bits).

La prioridad de puente es un valor personalizable que se puede
usar para influir en qué switch se convertirá en puente raíz. El
rango de prioridad es entre 1 y 65536. El valor predeterminado
es 32768.
La ID de sistema extendido se puede omitir en las tramas BPDU
de determinadas configuraciones.
El uso de este ID modifica el número de bits disponibles para la
prioridad de puente. El incremento de la prioridad de puente
cambia de 1 a 4096. Por defecto se usa 4096.
Cuando dos switches están configurados con la misma prioridad
y tienen el mismo ID de sistema extendido, el switch con la
dirección MAC con el valor (hex, binario o decimal) más bajo
tiene el BID más pequeño.

TEMA 07: NIVEL DE RED INTERNET

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Spanning-Tree

TEORÍA

ROLES DE PUERTO
Cuando dos puertos del switch tienen el mismo coste de
ruta al puerto raíz, el switch necesita determinar qué puerto
del switch es el puerto raíz. Todo puerto tiene una Id de
puerto, formado por la prioridad de puerto y el número de
puerto asociado con
interfaz de capa 2. El valor
predeterminado de prioridad es 128. El switch utiliza la
prioridad de puert