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Diferentes versões de STP
Este tópico detalha as muitas versões diferentes do STP e outras opções para evitar loops em sua rede.
Até agora, usamos o termo Spanning Tree Protocol e a sigla STP, o que pode ser enganoso. Muitos profissionais os usam genericamente para se referir às várias implementações de spanning tree, como o Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) e o Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP). Para comunicar os conceitos de spanning tree corretamente, é importante referir-se à implementação ou padrão de spanning tree no contexto.
O padrão mais recente para spanning tree está contido no IEEE-802-1D-2004, o padrão IEEE para redes locais e de área metropolitana: Media Access Control (MAC) Bridges. Esta versão do padrão afirma que os switches e pontes que estão em conformidade com o padrão usarão o protocolo Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) em vez do protocolo STP mais antigo especificado no padrão 802.1d original. Neste currículo, quando o Spanning Tree Protocol original é o contexto de uma discussão, a frase “spanning tree original 802.1D” é usada para evitar confusão. Como os dois protocolos compartilham muito da mesma terminologia e métodos para o caminho sem loop, o foco principal será o padrão atual e as implementações de propriedade da Cisco de STP e RSTP.
Diversas variedades de protocolos de spanning tree surgiram desde a especificação IEEE 802.1D original, conforme mostrado na tabela.
| Variedade STP | Descrição |
|---|---|
| STP | Esta é a versão IEEE 802.1D original (802.1D-1998 e anterior) que fornece uma topologia sem loop em uma rede com links redundantes. Também chamado de Common Spanning Tree (CST), ele assume uma instância de spanning tree para toda a rede com ponte, independentemente do número de VLANs. |
| PVST+ | A árvore de abrangência por VLAN (PVST +) é um aprimoramento da Cisco do STP que fornece uma instância de árvore de abrangência 802.1D separada para cada VLAN configurada na rede. PVST + suporta PortFast, UplinkFast, BackboneFast, protetor BPDU, filtro BPDU, protetor de raiz e protetor de loop. |
| 802.1D-2004 | Esta é uma versão atualizada do padrão STP, incorporando IEEE 802.1w. |
| RSTP | O Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) ou IEEE 802.1w é uma evolução do STP que fornece convergência mais rápida do que o STP. |
| Rapid PVST+ | Este é um aprimoramento da Cisco do RSTP que usa PVST + e fornece uma instância separada de 802.1w por VLAN. Cada instância separada é compatível com PortFast, protetor BPDU, filtro BPDU, protetor de raiz e protetor de loop. |
| MSTP | Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP) é um padrão IEEE inspirado na implementação anterior de Multiple Instance STP (MISTP) proprietário da Cisco. O MSTP mapeia várias VLANs na mesma instância de spanning tree. |
| MST | Multiple Spanning Tree (MST) é a implementação Cisco do MSTP, que fornece até 16 instâncias de RSTP e combina muitas VLANs com a mesma topologia física e lógica em uma instância RSTP comum. Cada instância é compatível com PortFast, protetor BPDU, filtro BPDU, protetor de raiz e protetor de loop. |
Um profissional de rede, cujas funções incluem a administração do switch, pode ser solicitado a decidir que tipo de protocolo de árvore estendida implementar.
Os switches Cisco que executam IOS 15.0 ou posterior, executam PVST + por padrão. Esta versão incorpora muitas das especificações do IEEE 802.1D-2004, como portas alternativas no lugar das portas não designadas anteriores. Os switches devem ser configurados explicitamente para o modo de árvore de abrangência rápida para executar o protocolo de árvore de abrangência rápida.
Conceitos RSTP
O RSTP (IEEE 802.1w) substitui o 802.1D original enquanto mantém a compatibilidade com versões anteriores. A terminologia STP 802.1w permanece basicamente a mesma que a terminologia STP IEEE 802.1D original. A maioria dos parâmetros não foram alterados. Os usuários que estão familiarizados com o padrão STP original podem configurar facilmente o RSTP. O mesmo algoritmo de spanning tree é usado para STP e RSTP para determinar funções de porta e topologia.
O RSTP aumenta a velocidade do recálculo da árvore de abrangência quando a topologia de rede da Camada 2 muda. O RSTP pode alcançar uma convergência muito mais rápida em uma rede configurada corretamente, às vezes em apenas algumas centenas de milissegundos. Se uma porta for configurada para ser uma porta alternativa, ela pode mudar imediatamente para um estado de encaminhamento sem esperar a convergência da rede.
Nota: Rapid PVST + é a implementação Cisco do RSTP por VLAN. Com o Rapid PVST +, uma instância independente do RSTP é executada para cada VLAN.
RSTP Port States and Port Roles
Os estados de porta e funções de porta entre STP e RSTP são semelhantes.
Clique em cada botão para uma comparação entre os estados e funções das portas STP e RSTP.
Conforme mostrado na figura, existem apenas três estados de porta no RSTP que correspondem aos três estados operacionais possíveis no STP. Os estados 802.1D desabilitado, bloqueado e de escuta são mesclados em um estado de descarte 802.1w exclusivo.
Conforme mostrado na figura, a porta alternativa tem um caminho alternativo para a bridge raiz. A porta de backup é um backup para um meio compartilhado, como um hub. Uma porta de backup é menos comum porque os hubs agora são considerados dispositivos legados.
PortFast e BPDU Guard
Quando um dispositivo é conectado a uma porta do switch ou quando um switch é ligado, a porta do switch passa pelos estados de escuta e aprendizado, sempre esperando que o temporizador de Atraso de Encaminhamento expire. Esse atraso é de 15 segundos para cada estado, ouvindo e aprendendo, para um total de 30 segundos. Esse atraso pode representar um problema para clientes DHCP que tentam descobrir um servidor DHCP. As mensagens DHCP do host conectado não serão encaminhadas durante os 30 segundos dos temporizadores de Atraso de Encaminhamento e o processo DHCP pode expirar. O resultado é que um cliente IPv4 não receberá um endereço IPv4 válido.
Nota: embora isso possa ocorrer com clientes enviando mensagens de solicitação de roteador ICMPv6, o roteador continuará a enviar mensagens de anúncio de roteador ICMPv6 para que o dispositivo saiba como obter suas informações de endereço.
Quando uma porta de switch é configurada com PortFast, essa porta passa do estado de bloqueio para o estado de encaminhamento imediatamente, ignorando os estados de transição STP 802.1D usuais (os estados de escuta e aprendizagem) e evitando um atraso de 30 segundos. Você pode usar o PortFast nas portas de acesso para permitir que os dispositivos conectados a essas portas, como clientes DHCP, acessem a rede imediatamente, em vez de esperar que IEEE 802.1D STP convirja em cada VLAN. Como o objetivo do PortFast é minimizar o tempo que as portas de acesso devem esperar pela convergência da árvore de abrangência, ele deve ser usado apenas nas portas de acesso. Se você habilitar o PortFast em uma porta conectada a outro switch, corre o risco de criar um loop de spanning tree. O PortFast deve ser usado apenas em portas de switch que se conectam a dispositivos finais.
Em uma configuração PortFast válida, os BPDUs nunca devem ser recebidos em portas de switch habilitadas para PortFast porque isso indicaria que outra ponte ou switch está conectado à porta. Isso pode causar um loop de spanning tree. Para evitar que esse tipo de cenário ocorra, os switches Cisco oferecem suporte a um recurso chamado guarda BPDU. Quando habilitado, o protetor BPDU imediatamente coloca a porta do switch em um estado errdisabled (desabilitado por erro) no recebimento de qualquer BPDU. Isso protege contra loops em potencial, desligando a porta de maneira eficaz. O recurso de proteção BPDU fornece uma resposta segura a configurações inválidas porque um administrador deve colocar manualmente a interface de volta em serviço.
Alternativas para STP
O STP foi e ainda é um protocolo de prevenção de loop Ethernet. Com o passar dos anos, as organizações exigiram maior resiliência e disponibilidade na LAN. As LANs Ethernet passaram de alguns switches interconectados conectados a um único roteador para um design de rede hierárquico sofisticado, incluindo acesso, distribuição e switches da camada de núcleo, conforme mostrado na figura.
Dependendo da implementação, a Camada 2 pode incluir não apenas a camada de acesso, mas também a distribuição ou mesmo as camadas centrais. Esses projetos podem incluir centenas de switches, com centenas ou até milhares de VLANs. O STP se adaptou à redundância e complexidade adicionais com aprimoramentos, como parte do RSTP e MSTP.
Um aspecto importante para o projeto de rede é a convergência rápida e previsível quando há uma falha ou mudança na topologia. Spanning tree não oferece as mesmas eficiências e previsibilidades fornecidas pelos protocolos de roteamento na Camada 3. A figura mostra um projeto de rede hierárquico tradicional com a distribuição e os switches multicamadas principais realizando o roteamento.
O roteamento da camada 3 permite caminhos e loops redundantes na topologia, sem bloquear portas. Por esse motivo, alguns ambientes estão em transição para a Camada 3 em todos os lugares, exceto onde os dispositivos se conectam ao switch da camada de acesso. Em outras palavras, as conexões entre os switches da camada de acesso e os switches de distribuição seriam da Camada 3 em vez da Camada 2, conforme mostrado na próxima figura.
Embora o STP provavelmente continuará a ser usado como um mecanismo de prevenção de loop na empresa, em switches da camada de acesso, outras tecnologias também estão sendo usadas, incluindo o seguinte:
- Multi System Link Aggregation (MLAG)
- Shortest Path Bridging (SPB)
- Interconexão transparente de muitos links (TRILL)
Nota: Essas tecnologias estão além do escopo deste curso
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