Switching de LAN : Protocolo de árbol de expansión

Equilibrio de carga VLAN entre troncos con prioridad de puerto de protocolo de árbol de expansión.

16 Enero 2016 - Traducción Automática
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Contenido


Introducción

Este documento proporciona la teoría que hay detrás del balanceo de carga de VLAN entre trunks, y también proporciona ejemplos de configuración para los switches que ejecutan CatOS e IOS Integrado.

Antes de comenzar

Convenciones

Para obtener más información sobre las convenciones del documento, consulte Convenciones de Consejos Técnicos de Cisco.

prerrequisitos

No hay requisitos previos específicos para este documento.

Componentes Utilizados

Este documento no tiene restricciones específicas en cuanto a versiones de software y de hardware.

Introducción al equilibrio de carga de VLAN entre troncales

Los comandos utilizados en este documento están disponibles en las familias Catalyst 4000, 5000 y 6000 que ejecutan CatOS e IOS integrado. Las secciones teoréticas de este documento estás relacionadas con el protocolo de árbol de expansión (STP) y son independientes de la plataforma.

La configuración que se muestra en la figura 1 a continuación, en la que dos switches están conectados de forma directa a través de más de un tronco, es muy común para fines de redundancia. Si uno de los dos links falla, el segundo pronto estará disponible para transmitir tráfico. Cuando ambos links están activos, el algoritmo de árbol de expansión (STA) deshabilita a uno de ellos para evitar un loop de conexión en puente entre los dos switches.

/image/gif/paws/10555/15a.gif

En el cuadro 1 configuración sobre, con dos link troncal del tipo FastEthernet conectando Catalyst R y Catalyst D, el STP elige el mismo puerto de bloqueo para todos los VLA N configurados. En este caso, el Catalyst R es el Root Bridge y el Catalyst D decide a bloquear el puerto D2 para el VLAN1 y el VLAN2. El aspecto importante con este diseño es que el link R2-D2 está sacrificado y allí es simplemente solamente 100 Mb/s disponibles entre el dos Switches. Para aprovechar ambos links, puede cambiar la configuración y permitir VLAN 1 sólo en el link R1-D1 y VLAN2 sólo en el link R2-D2.

/image/gif/paws/10555/15b.gif

La red resultante, mostrada en la figura 2, pierde su redundancia. Nowyou tiene ambos links que remiten al mismo tiempo, y usted puede prácticamente utilizar 200 Mb/s entre el dos Switches. Sin embargo, si falla un link, pierde completamente la conectividad para una VLAN. La solución ideal es la que se describe en la figura 3:

/image/gif/paws/10555/15c.gif

En el cuadro 3, usted guarda los trunks entre el dos Switches, pero el puerto D1 está bloqueando el VLAN1 y está remitiendo el VLAN2; el puerto D2 está bloqueando el VLAN2 y está remitiendo el VLAN1. Este diseño guarda las mejores características del cuadro 1 y del cuadro 2:

  • Ambos links están reenviando, proporcionando de este modo 200 Mb/s de conectividad total entre los dos switches.

  • Si falla un link, el restante desbloquea la VLAN correspondiente y mantiene la conectividad en ambas VLAN entre los switches.

Este documento explica cómo lograr esta configuración, luego de una breve explicación de las operaciones STP.

Cómo STP decide qué puerto bloquear

La descripción detallada de cómo los trabajos STA están fuera del alcance de este documento. Sin embargo, resume abreviadamente cómo el algoritmo decide, en este caso, si los bloques de un puerto o adelante. Se centra en la mayoría de la Configuración simple posible con solamente un VLA N; El Catalyst R es el Root Bridge en este VLA N y el Catalyst D tiene conexiones redundantes múltiples al Catalyst R. Catalyst D bloquea todo sus puertos al Catalyst R pero su puerto raíz. ¿Cómo el Catalyst D selecciona su puerto raíz? Los puentes que ejecutan las Bridge Protocol Data Units (BPDUs) del intercambio STA a través de links y estos mismos BPDU se pueden clasificar estrictamente de acuerdo a sus contenidos. Un BPDU es superior que otro si tiene:

  1. Un ID del puente de la raíz inferior.

  2. Un costo menor de trayecto hacia la raíz.

  3. Un ID del puente de envío más baja.

  4. Una ID de puerto de envío más lento.

Estos cuatro parámetros se analizan en orden, es decir, el parámetro 2 es importante solamente si el parámetro 1 es el mismo en las dos BPDU sujetas a comparación. El puerto que se elige como puerto raíz en Catalyst D es aquél que recibe el mejor BPDU.

15d.gif

En este caso específico, el cuadro 4, todos los BPDU enviados por el Catalyst R tiene el mismo Root Bridge ID, el mismo costo del trayecto a la raíz y el mismo Bridge ID de envío. El único parámetro dejado para seleccionar el mejor es el ID del puerto de envío. El ID del puerto de envío es un parámetro de 16 bits, fractura en dos campos: la prioridad de puerto y un índice de puerto. El valor predeterminado para la prioridad de puerto es 32 y el índice de puerto es exclusivo de cada puerto del switch.

  prioridad de puerto Índice del puerto
Tamaño en bits 6 10
Valor predeterminado 32 Valor único fijo

La Figura 4 ilustra los parámetros de Id de puerto en los BPDU. En este caso, Catalyst D selecciona el puerto D1 como su puerto raíz porque el índice de puerto R2 es inferior al de R1. Si usted quisiera que el D2 remitiera eventual, usted necesita forzarlo como el puerto raíz. La única forma de hacer esto es reducir el valor de prioridad de puerto del r2 (o aumentar el valor de prioridad de puerto del r1). Esto es lo que se hizo en la figura 5.

/image/gif/paws/10555/15e.gif

Para alcanzar el balanceo de carga entre dos trunks, usted ajusta en una base de VLAN la prioridad de puerto en el Catalyst R.

Configuración de balance de carga de la VLAN en los switches Catalyst que ejecutan CatOS

Diagrama de laboratorio

/image/gif/paws/10555/15f.gif

Mostrar estado de STP actual en Catalyst R

Aquí está el estado STP actual en el Catalyst R. Es la raíz para el VLAN1 y 2, así que todos sus puertos están remitiendo.

Catalyst_R> (enable) show spantree 3/1
Port                     Vlan Port-State    Cost  Priority Portfast   Channel_id
------------------------ ---- ------------- ----- -------- ---------- ----------
3/1                     1    forwarding       19       32 disabled   0         
3/1                     2    forwarding       19       32 disabled   0         
Catalyst_R> (enable) show spantree 3/2
Port                     Vlan Port-State    Cost  Priority Portfast   Channel_id
------------------------ ---- ------------- ----- -------- ---------- ----------
3/2                     1    forwarding       19       32 disabled   0         
3/2                     2    forwarding       19       32 disabled   0        
Catalyst_R> (enable)

Mostrar estado actual de STP en Catalyst D

En Catalyst D, como se esperaba, el puerto 5/2 está bloqueado para las redes VLAN 1 y 2.

Catalyst_D> (enable) show spantree 5/1
Port      Vlan  Port-State     Cost   Priority  Fast-Start  Group-Method
--------- ----  -------------  -----  --------  ----------  ------------
5/1      1     forwarding        19        32   disabled              
5/1      2     forwarding        19        32   disabled              
Catalyst_D> (enable) show spantree 5/2
Port      Vlan  Port-State     Cost   Priority  Fast-Start  Group-Method
--------- ----  -------------  -----  --------  ----------  ------------
5/2      1     blocking          19        32   disabled              
5/2      2     blocking          19        32   disabled              
Catalyst_D> (enable)

Ajuste de la prioridad de puerto en Catalyst R

Usted va a disminuir el valor de prioridad de puerto para el VLAN1 en el puerto 3/2. Esta manera, el puerto correspondiente 5/2 en el Catalyst D recibe mejores BPDU que los que se envían en el puerto 5/1 (que todavía tiene un valor de prioridad de puerto de 32).

Catalyst_R> (enable) set spantree portvlanpri 3/2 16 1
Port 3/2 vlans 1 using portpri 16.
Port 3/2 vlans 2-1004 using portpri 32.
Port 3/2 vlans 1005 using portpri 4.
Catalyst_R> (enable)

Verificación de resultado en Catalyst R

Puede verificar que el valor de prioridad del puerto ha cambiado para VLAN 1:

Catalyst_R> (enable) show spantree 3/1                
Port                     Vlan Port-State    Cost  Priority Portfast   Channel_id
------------------------ ---- ------------- ----- -------- ---------- ----------
3/1                     1    forwarding       19       32 disabled   0         
3/1                     2    forwarding       19       32 disabled   0         
Catalyst_R> (enable) show spantree 3/2                
Port                     Vlan Port-State    Cost  Priority Portfast   Channel_id
------------------------ ---- ------------- ----- -------- ---------- ----------
3/2                     1    forwarding       19       16 disabled   0         
3/2                     2    forwarding       19       32 disabled   0         
Catalyst_R> (enable)

Comprobar resultados en Catalyst D

Puede ver en Catalyst D que, para VLAN 1, el puerto 5/1 está bloqueando y el puerto 5/2 está reenviando, como era de esperarse.

Catalyst_D> (enable) show spantree 5/1
Port      Vlan  Port-State     Cost   Priority  Fast-Start  Group-Method
--------- ----  -------------  -----  --------  ----------  ------------
5/1      1     blocking          19        32   disabled              
5/1      2     forwarding        19        32   disabled              
Catalyst_D> (enable) show spantree 5/2
Port      Vlan  Port-State     Cost   Priority  Fast-Start  Group-Method
--------- ----  -------------  -----  --------  ----------  ------------
5/2      1     forwarding        19        32   disabled              
5/2      2     blocking          19        32   disabled              
Catalyst_D> (enable)


Detalles en el comando portvlanpri

Sólo hay dos valores posibles para la prioridad por tronco del puerto VLAN y únicamente uno de ellos se puede configurar con el comando portvlanpri. Significa que en un trunk dado, usted tiene dos grupos de VLA N:

  • Aquellos que tienen el valor de prioridad de puerto "global" (32 por defecto).

  • Los que tienen un valor "personalizado" ingresado con el comando portvlanpri.

Un ejemplo puede aclarar esto. Considere agregar una tercera VLAN en el ejemplo. De manera predeterminada, esta VLAN pertenece al grupo con valor de prioridad del puerto global (el valor predeterminado es 32).

Catalyst_R> (enable) set vlan 3                       
Vlan 3 configuration successful
Catalyst_R> (enable) show spantree 3/2                  
Port                     Vlan Port-State    Cost  Priority Portfast   Channel_id
------------------------ ---- ------------- ----- -------- ---------- ----------
3/2                     1    forwarding       19       16 disabled   0         
3/2                     2    forwarding       19       32 disabled   0         
3/2                     3    forwarding       19       32 disabled   0         
Catalyst_R> (enable)

Cambie la prioridad global para el puerto, usando el comando set spantree portpri:

Catalyst_R> (enable) set spantree portpri 3/2 48
Bridge port  3/2 port priority set to 48.
Catalyst_R> (enable) show spantree 3/2
Port                     Vlan Port-State    Cost  Priority Portfast   Channel_id
------------------------ ---- ------------- ----- -------- ---------- ----------
3/2                     1    forwarding       19       16 disabled   0         
3/2                     2    forwarding       19       48 disabled   0         
3/2                     3    forwarding       19       48 disabled   0         
Catalyst_R> (enable)

Note que todos los VLA N que pertenecían al grupo “global” cambiaron su prioridad a 48. Ahora asigne el VLAN3 al otro grupo “de encargo” de VLA N, dándole un valor de 8 con el comando portvlanpri:

Catalyst_R> (enable) set spantree portvlanpri 3/2 8 3
Port 3/2 vlans 1,3 using portpri 8.
Port 3/2 vlans 2,4-1004 using portpri 48.
Port 3/2 vlans 1005 using portpri 4.
Catalyst_R> (enable) show spantree 3/2
Port                     Vlan Port-State    Cost  Priority Portfast   Channel_id
------------------------ ---- ------------- ----- -------- ---------- ----------
3/2                     1    forwarding       19        8 disabled   0         
3/2                     2    forwarding       19       48 disabled   0         
3/2                     3    forwarding       19        8 disabled   0         
Catalyst_R> (enable)

Note que todos los VLA N en el grupo “de encargo” han cambiado su prioridad a 8, no apenas VLAN3. Para poner el VLAN3 detrás en el grupo predeterminado, utilice el comando clear spantree portvlanpri:

Catalyst_R> (enable) clear spantree portvlanpri 3/2 3
Port 3/2 vlans 1 using portpri 8.
Port 3/2 vlans 2-1004 using portpri 48.
Port 3/2 vlans 1005 using portpri 4.
Catalyst_R> (enable) show spantree 3/2
Port                     Vlan Port-State    Cost  Priority Portfast   Channel_id
------------------------ ---- ------------- ----- -------- ---------- ----------
3/2                     1    forwarding       19        8 disabled   0         
3/2                     2    forwarding       19       48 disabled   0         
3/2                     3    forwarding       19       48 disabled   0         
Catalyst_R> (enable)

Hay un obstáculo más reciente en este comando. El valor asignado al grupo “global” debe ser superior al que está configurado en el grupo “de encargo”.

Catalyst_R> (enable) set spantree portvlanpri 3/2 62 3 
Portvlanpri must be less than portpri. Portpri for 3/2 is 48.

Para resumir:

grupo “global” grupo “de encargo”
Por abandono, todos los VLA N pertenecen a este grupo. Las VLAN seleccionadas con el comando set spantree portvlanpri pertenecen a este grupo.
La prioridad para estas VLAN se determina usando el comando set spantree port priority. El valor de prioridad para todas estas VLAN es configurado por el comando set spantree portvlanpri.
El valor de prioridad configurado para el grupo "global" debe ser superior al configurado para el grupo "personalizado". El comando clear spantree portvlanpri permite volver a poner una VLAN de este grupo en otro.

Configuración del equilibrio de carga de VLAN de los switches Catalyst por medio de la ejecución de IOS integrados

Nota: Este ejemplo de configuración se aplica al Switches que ejecuta el IOS - Catalyst 2900/3500XL, Catalyst 2950, Catalyst 3550, el Catalyst 4000 Supervisor III/IV, y el Catalyst 6000.

Diagrama de laboratorio

/image/gif/paws/10555/15f.gif

Mostrar estado de STP actual en Catalyst R

Aquí está el estado STP actual en el Catalyst R. Es la raíz para el VLAN1 y 2, así que todos sus puertos están remitiendo.

Catalyst_R#show spanning-tree interface FastEthernet 3/1

Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Desg FWD 19        128.129  P2p 
VLAN0002         Desg FWD 19        128.129  P2p 

Catalyst_R#show spanning-tree interface FastEthernet 3/2

Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Desg FWD 19        128.130  P2p 
VLAN0002         Desg FWD 19        128.130  P2p 


Mostrar estado actual de STP en Catalyst D

En Catalyst D, como se esperaba, el puerto 5/2 está bloqueado para las redes VLAN 1 y 2.

Catalyst_D#show spanning-tree interface FastEthernet 5/1

Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Root FWD 19        128.129  P2p 
VLAN0002         Root FWD 19        128.129  P2p 

Catalyst_D#show spanning-tree interface FastEthernet 5/2

Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Altn BLK 19        128.130  P2p 
VLAN0002         Altn BLK 19        128.130  P2p 

Ajuste de la prioridad de puerto en Catalyst R

Usted va a disminuir el valor de prioridad de puerto para el VLAN1 en el puerto 3/2. Esta manera, el puerto correspondiente 5/2 en el Catalyst D recibe mejores BPDU que los que se envían en el puerto 5/1 (que todavía tiene un valor de prioridad de puerto del 128).

Catalyst_R#config terminal
Catalyst_R(config)#interface FastEthernet 3/2       
Catalyst_R(config-if)#spanning-tree vlan 1 port-priority 64 
Catalyst_R(config-if)#end
Catalyst_R#

Verificación de resultado en Catalyst R

Puede verificar que el valor de prioridad del puerto ha cambiado para VLAN 1:

Catalyst_R#show spanning-tree interface FastEthernet 3/1

Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Desg FWD 19        128.129  P2p 
VLAN0002         Desg FWD 19        128.129  P2p 

Catalyst_R#show spanning-tree interface FastEthernet 3/2

Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Desg FWD 19         64.130  P2p 
VLAN0002         Desg FWD 19        128.130  P2p 


Comprobar resultados en Catalyst D

Puede ver en Catalyst D que, para VLAN 1, el puerto 5/1 está bloqueando y el puerto 5/2 está reenviando, como era de esperarse.

Catalyst_D#show spanning-tree interface FastEthernet 5/1

Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Altn BLK 19        128.129  P2p 
VLAN0002         Root FWD 19        128.129  P2p 

Catalyst_D#show spanning-tree interface FastEthernet 5/2

Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Root FWD 19        128.130  P2p 
VLAN0002         Altn BLK 19        128.130  P2p 

Detalles sobre los comandos port-priority y vlan port-priority

Hay dos maneras de definir la prioridad del puerto VLAN:

  • El valor de prioridad de puerto “global” (128 por abandono) que se puede modificar por la interfaz por el comando port-priority

  • “Por el valor de prioridad de puerto del VLA N” que se puede modificar por la interfaz y por el VLA N por el comando VLAN port-priority

Un ejemplo puede aclarar esto. Considere agregar un tercer VLA N en este ejemplo. Por abandono, este VLA N pertenece al grupo que tiene el valor de prioridad de puerto global (128 predeterminado).

Catalyst_R#show spanning-tree interface FastEthernet 3/2

Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Desg FWD 19         64.130  P2p 
VLAN0002         Desg FWD 19        128.130  P2p 
VLAN0003         Desg FWD 19        128.130  P2p 

Cambie la prioridad global para el puerto, usando el comando interface configuration de la prioridad de puerto del atravesar-árbol:

Catalyst_R(config)#interface FastEthernet 3/2
Catalyst_R(config-if)#spanning-tree port-priority 160
Catalyst_R#
Catalyst_R#show spanning-tree interface FastEthernet 3/2
Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Desg FWD 19         64.130  P2p 
VLAN0002         Desg FWD 19        160.130  P2p 
VLAN0003         Desg FWD 19        160.130  P2p 

Note que todos los VLA N que pertenecían al grupo “global” cambiaron su prioridad a 160. Ahora asigne a VLAN3 su propia prioridad 48 con el comando interface vlan de la prioridad de puerto del atravesar-árbol:

Catalyst_R(config)#interface FastEthernet 3/2     
Catalyst_R(config-if)#spanning-tree vlan 3 port-priority 48
Catalyst_R#
Catalyst_R#show spanning-tree interface FastEthernet 3/2

Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Desg FWD 19         64.130  P2p 
VLAN0002         Desg FWD 19        160.130  P2p 
VLAN0003         Desg FWD 19         48.130  P2p 

Note que solamente el VLAN3 ha cambiado su prioridad a 48. Para poner el VLAN3 detrás en el grupo predeterminado, no utilice el ningún comando interface vlan de la prioridad de puerto del atravesar-árbol:

Catalyst_R(config)#interface FastEthernet 3/2           
Catalyst_R(config-if)#no spanning-tree vlan 3 port-priority 
Catalyst_R#
Catalyst_R#show spanning-tree interface FastEthernet 3/2

Vlan             Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- --------------------------------
VLAN0001         Desg FWD 19         64.130  P2p 
VLAN0002         Desg FWD 19        160.130  P2p 
VLAN0003         Desg FWD 19        160.130  P2p 

Conclusión

La configuración del equilibrio de carga en la VLAN que se acaba de completar optimiza el uso de troncos redundantes entre dos Catalyst.

La custodia de los valores del STP predeterminado lleva todos los links redundantes entre los dos Catalyst para terminar para arriba en el modo de bloqueo. Ajustar la prioridad STP permite que varios links sean utilizados al mismo tiempo, para diversos VLA N. Esto aumenta el ancho de banda general disponible entre los dos dispositivos. En caso de que ocurra un error en un link, el STP vuelve a enviar las VLAN a los troncos restantes a medida que vuelve a converger.

La única desventaja que queda en este diseño es que sólo puede equilibrar el tráfico mediante VLAN. Si en el ejemplo anterior, usted tenía los 130 VLAN1 que atravesaban del tráfico del Mb/s y tráfico del Mb/s solamente 10 en el VLAN2, usted todavía cae los paquetes en el VLAN1, aunque usted tiene, en la teoría, 200 Mb/s entre el Catalyst R y el Catalyst D. La característica de EtherChanneling dirige esto, proporcionando al Equilibrio de carga entre varios links en una base al paquete. Si el hardware lo admite, use FastEtherchannel (o GigabitEtherChannel) en lugar de la configuración descrita en este documento.

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