Switching de LAN : Spanning Tree Protocol

Introducción y configuración del Spanning Tree Protocol (STP) en los switches Catalyst

9 Abril 2008 - Traducción manual
Otras Versiones: PDFpdf | Traducción Automática (31 Julio 2013) | Inglés (17 Agosto 2006) | Comentarios

Contenidos

Introducción
Requisitos previos
     Requisitos
     Componentes utilizados
     Convenciones
     Teoría precedente
     Diagrama de la red
Conceptos
Descripción de la tecnología
Funcionamiento del STP
     Tarea
     Instrucciones paso a paso
Verifique
Resolución de problemas
     El costo del trayecto STP automáticamente cambia cuando cambia la velocidad/dúplex de un puerto
     Comandos para la resolución de problemas
     Resumen de comandos
Discusiones relacionadas de la comunidad de soporte de Cisco
Información relacionada

Introducción

El protocolo STP (Spanning Tree Protocol, protocolo del árbol de expansión) es un protocolo de Capa 2 que se ejecuta en bridges y switches. La especificación para STP se denomina IEEE 802.1D. El principal objetivo de STP es garantizar que se impida la creación de bucles en trayectos redundantes en la red. Los bucles son fatales para una red.

Requisitos previos

Requisitos

No hay requisitos específicos para este documento.

Componentes utilizados

Si bien este documento usa los switches Catalyst 5500/5000 de Cisco, los principios del árbol de expansión presentados se aplican a la mayoría de los dispositivos que soportan STP.

Para los ejemplos, este documento ha utilizado lo siguiente:

  • Un cable de consola apto para Supervisor Engine en el switch

  • Seis switches Catalyst 5509

La información que contiene este documento se ha creado a partir de los dispositivos en un entorno de laboratorio específico. Todos los dispositivos que se utilizan en este documento se pusieron en funcionamiento con una configuración despejada (predeterminada). Si la red está en uso, asegúrese de comprender el efecto que pueda tener la ejecución de cualquier comando.

Convenciones

Consulte las Convenciones sobre consejos técnicos de Cisco para obtener más información sobre convenciones del documento.

Teoría precedente

Las configuraciones de este documento se aplican a los switches Catalyst 2926G, 2948G, 2980G, 4500/4000, 5500/5000 y 6500/6000 que ejecutan Catalyst OS (CatOS). Consulte los documentos siguientes para obtener información sobre la configuración de STP en otras plataformas del switch:

Diagrama de la red

Este documento utiliza esta configuración de red:

5-a.gif

Conceptos

STP se ejecuta en bridges y switches compatibles con 802.1D. Existen diferentes tipos de STP, pero el estándar 802.1D es el más conocido y ampliamente implementado. Puede implementar STP en bridges y switches para evitar bucles en la red. Use STP en situaciones en las que se deseen enlaces redundantes y no bucles. Los enlaces redundantes son tan importantes como los enlaces de respaldo en caso de una conmutación por error en una red. Un error en el enlace principal activa los enlaces de respaldo para que los usuarios puedan continuar utilizando la red. Sin STP en los bridges y en los switches, ese tipo de error podría resultar en un bucle. Considere la red siguiente:

5-b.gif

En esta red, se diseña un enlace redundante entre el Switch A y el Switch B. No obstante, esta configuración crea la posibilidad de que se produzca un bucle de conexión en bridge. Por ejemplo, un paquete de difusión o multidifusión que transmite desde la Estación M y cuyo destino es la Estación N, simplemente sigue circulando entre ambos switches.

No obstante, cuando STP se ejecuta en ambos switches, la red tendrá el siguiente aspecto lógico:

5-c.gif

Esta información se aplica a la situación en el Diagrama de red:

  • El switch 15 es el switch de estructura básica.

  • Los switches 12, 13, 14, 16 y 17 son switches que se conectan a estaciones de trabajo y PC.

  • La red define estas VLAN:

    • 1

    • 200

    • 201

    • 202

    • 203

    • 204

  • El nombre de dominio del Protocolo troncal de VLAN (VTP) es STD-Doc.

Para proporcionar la redundancia de trayecto deseada, así como para evitar la condición de bucle, STP define un árbol que se expande por todos los switches en una red extendida. STP obliga a que determinados trayectos de datos redundantes se coloquen en un estado de espera (bloqueado) y deja a otros trayectos en el estado de reenvío. Si un enlace en el estado de reenvío se vuelve no disponible, STP reconfigura la red y redirecciona los trayectos de datos mediante la activación del trayecto en espera apropiado.

Descripción de la tecnología

Con STP, la clave es que todos los switches elijan un bridge raíz en la red que se convierta en el elemento fundamental de la red. Todas las demás decisiones en la red, como por ejemplo, qué puerto se bloquea y qué puerto se coloca en el modo de reenvío, se toman desde la perspectiva de este bridge raíz. Un entorno conmutado, que es diferente del de un bridge, suele gestionar varias VLAN. Cuando se implementa un bridge raíz en una red de conmutación, por lo general se refiere al bridge raíz como el switch raíz. Cada VLAN debe tener su propio bridge raíz, ya que cada una de ellas es un dominio de difusión independiente. Las raíces para las distintas VLAN pueden residir todas en un solo switch o en varios switches.

Nota: La selección del switch raíz para una VLAN específica es muy importante. Puede seleccionar el switch raíz o permitir que los switches decidan, lo que es un riesgo. Si no controla el proceso de selección de raíz, es posible que se produzcan trayectos subóptimos en la red.

Todos los switches intercambian información que se utilizará en la selección del switch raíz y en la configuración subsiguiente de la red. Las unidades de datos de protocolo de bridge (BPDU) transmiten esta información. Cada switch compara los parámetros en las BPDU que el switch envía a un vecino con los parámetros en las BPDU que el switch recibe del vecino.

Durante el proceso de selección de raíz de STP, menos es mejor. Si el Switch A anuncia un ID de raíz menor en número al ID de raíz del Switch B, la información del Switch A es mejor. El Switch B deja de anunciar su ID de raíz y acepta el ID raíz del Switch A.

Consulte Configuración de funciones de STP opcionales para obtener más información sobre algunas de las funciones STP opcionales, como por ejemplo:

  • PortFast

  • El protector de raíz

  • Protección de bucles

  • Protección BPDU.

Funcionamiento del STP

Tarea

Requisitos previos

Antes de configurar STP, seleccione un switch para que sea la raíz del árbol de expansión. Este switch no necesita ser el switch más potente, pero elija el switch más centralizado en la red. Todo el flujo de datos a través de la red se realiza desde la perspectiva de este switch. Además, elija el switch que sea el menos ocupado de la red. Los switches de estructura básica suelen seleccionarse para esta función, ya que generalmente no se conectan a estaciones finales. Además, son menos susceptibles a resentir los movimientos y cambios de la red.

Después de decidir qué switch será el switch raíz, defina las variables apropiadas para designarlo como switch raíz. La única variable que hay que configurar es bridge priority (prioridad del bridge). Si el switch tiene una prioridad de bridge inferior a todos los demás switches, los otros switches seleccionan automáticamente el switch como el switch raíz.

Clientes (estaciones finales) en los puertos del switch

También puede ejecutar el comando set spantree portfast por puerto. Cuando habilite la variable portfast en un puerto, este último inmediatamente conmuta desde el modo de bloqueo al modo de reenvío. La habilitación de portfast ayuda a evitar tiempos de espera en los clientes que usan Novell Netware o DHCP para obtener una dirección IP. Sin embargo, no use este comando cuando existe una conexión de switch a switch. En este caso, el comando puede resultar en un bucle. El retraso de 30 a 60 segundos que ocurre al realizar la transición del modo de bloqueo al modo de reenvío evita una condición de bucle temporal en la red al conectar dos switches.

La mayoría de las demás variables STP deben conservar sus valores predeterminados.

Reglas de funcionamiento

En esta sección se enumeran las reglas para el funcionamiento de STP. Cuando los switches se activan por primera vez, comienzan el proceso de selección del switch raíz. Cada switch transmite una BPDU al switch conectado directamente según la VLAN.

A medida que la BPDU sale a través de la red, cada switch compara la BPDU que envía el switch con la BPDU que recibe el switch de sus vecinos. A continuación, los switches concuerdan en qué switch se encuentra el switch raíz. El switch con el ID de bridge más bajo en la red gana este proceso de selección.

Nota: Recuerde que dicho switch raíz se identifica según la VLAN. Después de la identificación del switch raíz, los switches respetan estas reglas:

  • Regla STP 1: todos los puertos del switch raíz deben estar en el modo de reenvío.

    Nota: En algunos casos extremos, que involucran puertos de bucles intrínsecos, hay una excepción a esta regla.

    A continuación, cada switch determina el mejor trayecto para llegar a la raíz. Los switches determinan este trayecto mediante una comparación de la información en todas las BPDU que los switches reciben de todos los puertos. El switch utiliza el puerto con la menor cantidad de información en la BPDU para llegar al switch raíz; el puerto con la menor cantidad de información en la BPDU es el puerto raíz. Una vez que el switch determine el puerto raíz, procederá con la Regla 2.

  • Regla STP 2: el puerto raíz debe fijarse en el modo de reenvío.

    Además, los switches en cada segmento LAN se comunican entre sí para determinar el mejor switch para usar con el fin de transmitir los datos desde este segmento al bridge raíz. Este switch se denomina switch designado.

  • Regla STP 3: en un único segmento LAN, el puerto del switch designado que se conecta con ese segmento LAN debe colocarse en el modo de reenvío.

  • Regla STP 4: todos los demás puertos en todos los switches (específicos de VLAN) se deben colocar en el modo de bloqueo. La regla sólo se aplica a los puertos que estén conectados a otros puertos o switches. STP no afecta a los puertos que estén conectados a estaciones de trabajo o PC. Estos puertos permanecen en el modo de reenvío.

    Nota: La adición o eliminación de VLAN cuando STP se ejecuta en el modo de árbol de expansión por VLAN (PVST / PVST+) desencadena el nuevo cálculo del árbol de expansión para dicha instancia de VLAN y el tráfico se interrumpe sólo para dicha VLAN. Las otras partes de VLAN de un enlace troncal pueden enviar tráfico con normalidad. La adición o eliminación de VLAN para una instancia de árbol de expansión múltiple (MST, Multiple Spanning Tree) que existe desencadena el nuevo cálculo del árbol de expansión para dicha instancia y el tráfico se interrumpe para todas las partes de VLAN de dicha instancia de MST.

Nota: De forma predeterminada, el árbol de expansión se ejecuta en todos los puertos y su función no puede desactivarse en los switches según el puerto. Si bien no se recomienda, puede desactivar STP según la VLAN o de forma global en el switch. Se debe tener mucho cuidado a la hora de inhabilitar el árbol de expansión ya que esto crea bucles de Capa 2 dentro de la red.

Instrucciones paso a paso

Complete estos pasos:

  1. Ejecute el comando show version para mostrar la versión de software que ejecuta el switch.

    Nota: Todos los switches ejecutan la misma versión de software.

    Switch-15> (enable)show version
    
    WS-C5505 Software, Version McpSW: 4.2(1) NmpSW: 4.2(1)
    
    Copyright (c) 1995-1998 by Cisco Systems
    
    NMP S/W compiled on Sep  8 1998, 10:30:21
    
    MCP S/W compiled on Sep 08 1998, 10:26:29
    
    
    
    System Bootstrap Version: 5.1(2)
    
    
    
    Hardware Version: 1.0  Model: WS-C5505  Serial #: 066509927
    
    
    
    Mod Port Model      Serial #  Versions
    
    --- ---- ---------- --------- ----------------------------------------
    
    1   0    WS-X5530   008676033 Hw : 2.3
    
    Fw : 5.1(2)
    
    Fw1: 4.4(1)
    
    Sw : 4.2(1)

    En esta situación, el Switch 15 es la mejor elección para el switch raíz de la red para todas las VLAN, ya que es el switch de estructura básica.

  2. Ejecute el comando set spantree root vlan_id para establecer la prioridad del switch en 8192 para la o las VLAN que especifica vlan_id.

    Nota: La prioridad predeterminada para los switches es 32768. Cuando define la prioridad con este comando, obliga la selección del Switch 15 como switch raíz dado que éste es el switch con la prioridad más baja.

    Switch-15> (enable)set spantree root 1
    
    VLAN 1 bridge priority set to 8192.
    
    VLAN 1 bridge max aging time set to 20.
    
    VLAN 1 bridge hello time set to 2.
    
    VLAN 1 bridge forward delay set to 15.
    
    Switch is now the root switch for active VLAN 1.
    
    Switch-15> (enable)
    
    
    
    Switch-15> (enable)set spantree root 200
    
    VLAN 200 bridge priority set to 8192.
    
    VLAN 200 bridge max aging time set to 20.
    
    VLAN 200 bridge hello time set to 2.
    
    VLAN 200 bridge forward delay set to 15.
    
    Switch is now the root switch for active VLAN 200.
    
    Switch-15> (enable)
    
    
    
    Switch-15> (enable)set spantree root 201
    
    VLAN 201 bridge priority set to 8192.
    
    VLAN 201 bridge max aging time set to 20.
    
    VLAN 201 bridge hello time set to 2.
    
    VLAN 201 bridge forward delay set to 15.
    
    Switch is now the root switch for active VLAN 201.
    
    Switch-15> (enable)
    
    
    
    Switch-15> (enable)set spantree root 202
    
    VLAN 202 bridge priority set to 8192.
    
    VLAN 202 bridge max aging time set to 20.
    
    VLAN 202 bridge hello time set to 2.
    
    VLAN 202 bridge forward delay set to 15.
    
    Switch is now the root switch for active VLAN 202.
    
    Switch-15>
    
    
    
    Switch-15> (enable)set spantree root 203
    
    VLAN 203 bridge priority set to 8192.
    
    VLAN 203 bridge max aging time set to 20.
    
    VLAN 203 bridge hello time set to 2.
    
    VLAN 203 bridge forward delay set to 15.
    
    Switch is now the root switch for active VLAN 203.
    
    Switch-15>
    
    
    
    Switch-15> (enable)set spantree root 204
    
    VLAN 204 bridge priority set to 8192.
    
    VLAN 204 bridge max aging time set to 20.
    
    VLAN 204 bridge hello time set to 2.
    
    VLAN 204 bridge forward delay set to 15.
    
    Switch is now the root switch for active VLAN 204.
    
    Switch-15> (enable)

    La versión más corta del comando tiene un efecto similar, tal como lo muestra este ejemplo:

    Switch-15> (enable)set spantree root 1,200-204
    
    VLANs 1,200-204 bridge priority set to 8189.
    
    VLANs 1,200-204 bridge max aging time set to 20.
    
    VLANs 1,200-204 bridge hello time set to 2.
    
    VLANs 1,200-204 bridge forward delay set to 15.
    
    Switch is now the root switch for active VLANs 1,200-204.
    
    Switch-15> (enable)

    El comando set spantree priority proporciona un tercer método para especificar el switch raíz:

    Switch-15> (enable)set spantree priority 8192 1
    
    Spantree 1 bridge priority set to 8192.
    
    Switch-15> (enable)

    Nota: En esta situación, todos los switches se han iniciado con una configuración despejada. Por lo tanto, todos los switches se han iniciado con una prioridad de bridge de 32768. Si no está seguro de que todos los switches en la red tienen una prioridad mayor a 8192, establezca la prioridad del bridge raíz deseado en 1.

  3. Ejecute el comando set spantree portfast mod_num/port_num enable para definir la configuración PortFast en los Switches 12, 13, 14, 16 y 17.

    Nota: Sólo debe definir esta configuración en los puertos que estén conectados a estaciones de trabajo o PC. No habilite PortFast en ningún puerto que se conecta a otro switch.

    Este ejemplo sólo configura el Switch 12. Puede configurar otros switches de la misma forma. El Switch 12 tiene las conexiones de puertos siguientes:

    • El puerto 2/1 se conecta al Switch 13.

    • El puerto 2/2 se conecta al Switch 15.

    • El puerto 2/3 se conecta al Switch 16.

    • El puerto 3/1 se conecta a las PC a través de 3/24.

    • El puerto 4/1 se conecta a las estaciones de trabajo UNIX a través de 4/24.

    En base a esta información, ejecute el comando set spantree portfast en los puertos 3/1 a través de 3/24 y en los puertos 4/1 a través de 4/24:

    Switch-12> (enable)set spantree portfast 3/1-24 enable
    
    
    
    Warning: Spantree port fast start should only be enabled on ports connected
    
    to a single host.  Connecting hubs, concentrators, switches, bridges, etc. to
    
    a fast start port can cause temporary spanning-tree loops.  Use with caution.
    
    
    
    Spantree ports 3/1-24 fast start enabled.
    
    Switch-12> (enable)
    
    
    
    Switch-12> (enable)set spantree portfast 4/1-24 enable
    
    
    
    Warning: Spantree port fast start should only be enabled on ports connected
    
    to a single host.  Connecting hubs, concentrators, switches, bridges, etc. to
    
    a fast start port can cause temporary spanning-tree loops.  Use with caution.
    
    
    
    Spantree ports 4/1-24 fast start enabled.
    
    Switch-12> (enable)
  4. Ejecute el comando show spantree vlan_id para verificar que el Switch 15 sea la raíz de todas las VLAN adecuadas.

    Desde el resultado de este comando, compare la dirección MAC del switch que es el switch raíz con la dirección MAC del switch desde el que se ha ejecutado el comando. Si las direcciones coinciden, el switch en el que se encuentra es el switch raíz de la VLAN. Un puerto raíz que es 1/0 también indica que se encuentra en el switch raíz. A continuación se incluye un ejemplo del resultado del comando:

    Switch-15> (enable)show spantree 1
    
    VLAN 1
    
    spanning-tree enabled
    
    spanning-tree type          ieee
    
    
    
    Designated Root             00-10-0d-b1-78-00
    
    !--- Esta es la dirección MAC del switch raíz para VLAN 1.
    
    Designated Root Priority    8192
    
    Designated Root Cost        0
    
    Designated Root Port        1/0
    
    Root Max Age   20 sec    Hello Time 2  sec   Forward Delay 15 sec
    
    
    
    Bridge ID MAC ADDR          00-10-0d-b1-78-00
    
    Bridge ID Priority          8192
    
    Bridge Max Age 20 sec    Hello Time 2  sec   Forward Delay 15 sec

    Este resultado muestra que el Switch 15 es la raíz designada en el árbol de expansión para VLAN 1. La dirección MAC del switch raíz designado, 00-10-0d-b1-78-00, es la misma que la dirección MAC del ID de bridge del Switch 15, 00-10-0d-b1-78-00. Otro indicador de que este switch es la raíz designada es que el puerto raíz designado es 1/0.

    En este resultado del Switch 12, el switch reconoce al Switch 15 como la Designated Root (Raíz designada) para VLAN 1:

    Switch-12> (enable)show spantree 1
    
    VLAN 1
    
    spanning-tree enabled
    
    spanning-tree type          IEEEDesignated Root             00-10-0d-b1-78-00
    
    !--- Esta es la dirección MAC del switch raíz para VLAN 1.
    
    Designated Root Priority    8192
    
    Designated Root Cost        19
    
    Designated Root Port        2/3
    
    Root Max Age   20 sec    Hello Time 2  sec   Forward Delay 15 sec
    
    
    
    Bridge ID MAC ADDR          00-10-0d-b2-8c-00
    
    Bridge ID Priority          32768
    
    Bridge Max Age 20 sec    Hello Time 2  sec   Forward Delay 15 sec

    Nota: El resultado del comando show spantree vlan_id para los otros switches y VLAN también indica que el Switch 15 es la raíz designada para todas las VLAN.

Verifique

Esta sección proporciona información que puede utilizar para confirmar que la configuración funciona correctamente.

La herramienta intérprete de resultados (solamente clientes registrados) OIT) soporta ciertos comandos show. Utilice la OIT para ver un análisis del resultado del comando show.

  • show spantree vlan_id: muestra el estado actual del árbol de expansión para este ID de VLAN, desde la perspectiva del switch en el que se ejecuta el comando.

  • show spantree summary: proporciona un resumen de los puertos del árbol de expansión conectados por VLAN.

Resolución de problemas

En esta sección encontrará información que puede utilizar para solucionar problemas de configuración.

El costo del trayecto STP automáticamente cambia cuando cambia la velocidad/dúplex de un puerto

STP calcula el costo del trayecto en función de la velocidad de los medios (ancho de banda) de los enlaces entre los switches y el costo del puerto de cada trama de reenvío de puertos. El árbol de expansión selecciona el puerto raíz en función del costo del trayecto. El puerto con el costo de trayecto más bajo al bridge raíz se convierte en el puerto raíz. El puerto raíz siempre está en el estado de reenvío.

Si se modifica la velocidad/dúplex del puerto, el árbol de expansión volverá a calcular automáticamente el costo del trayecto. Un cambio en el costo del trayecto puede modificar la topología del árbol de expansión.

Consulte la sección Cálculo y asignación de costos de puertos de Configuración del árbol de expansión para obtener más información sobre cómo calcular el costo del puerto.

Comandos para la resolución de problemas

La herramienta intérprete de resultados (solamente clientes registrados) OIT) soporta ciertos comandos show. Utilice la OIT para ver un análisis del resultado del comando show.

Nota: Consulte Important Information on Debug Commands (Información importante sobre los comandos de depuración) antes de ejecutar comandos debug.

  • show spantree vlan_id: muestra el estado actual del árbol de expansión para este ID de VLAN, desde la perspectiva del switch en el que se ejecuta el comando.

  • show spantree summary: proporciona un resumen de los puertos del árbol de expansión conectados por VLAN.

  • show spantree statistics: muestra la información estadística del árbol de expansión.

  • show spantree backbonefast: muestra si está habilitada la función de convergencia BackboneFast del árbol de expansión.

  • show spantree blockedports: muestra sólo los puertos bloqueados.

  • show spantree portstate: determina el estado actual del árbol de expansión de un puerto Token Ring dentro de un árbol de expansión.

  • show spantree portvlancost: muestra el costo del trayecto para las VLAN en un puerto.

  • show spantree uplinkfast: muestra la configuración de UplinkFast.

Resumen de comandos

Sintaxis:

show version

Como se utiliza en este documento:

show version

Sintaxis:

set spantree root [vlan_id]

Como se utiliza en este documento:

set spantree root 1

set spantree root 1,200-204

Sintaxis:

set spantree priority [vlan_id]

Como se utiliza en este documento:

set spantree priority 8192 1

Sintaxis:

set spantree portfast mod_num/port_num {enable | disable}

Como se utiliza en este documento:

set spantree portfast 3/1-24 enable

Sintaxis:

show spantree [vlan_id]

Como se utiliza en este documento:

show spantree 1


Discusiones relacionadas de la comunidad de soporte de Cisco

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