Comprensión y ajuste de los temporizadores del protocolo de árbol de extensión

Introducción

Este documento describe los temporizadores del protocolo de árbol de extensión (STP) y las reglas que se deben utilizar para ajustar los temporizadores.

Background

Este documento solamente explica cómo ajustar los temporizadores STP para el spanning tree 802.1D regular. Este documento no describe el protocolo Rapid STP (RSTP) (IEEE 802.1w) o el protocolo de árbol de extensión múltiple (MST) (IEEE 802.1s).

Para obtener más información sobre RSTP y MST, consulte estos documentos:

• Introducción al protocolo de árbol de extensión múltiple (802.1s)

• Explicación del Protocolo de árbol de expansión rápida (802.1w)

Prerequisites

Requirements

Este documento asume una buena comprensión de STP. Para obtener más información sobre el funcionamiento de STP, consulte Comprensión y Configuración del Spanning Tree Protocol (STP) en los Catalyst Switches .

Precaución: Puede utilizar este documento para ayudarle a resolver sus problemas de red, pero sólo si está familiarizado con el proceso o si alguien que está familiarizado con el proceso le ha indicado. Si no está familiarizado con STP, los cambios que realice pueden causar cualquiera de estos eventos:

• Inestabilidades
• Ralentizaciones de aplicaciones
• picos de CPU
• colapso de LAN

Consulte 802.1D - Estándares IEEE para redes de área local y metropolitana: Puentes de control de acceso a los medios (MAC)

Componentes Utilizados

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

La información que contiene este documento se creó a partir de los dispositivos en un ambiente de laboratorio específico. Todos los dispositivos que se utilizan en este documento se pusieron en funcionamiento con una configuración verificada (predeterminada). Si tiene una red en vivo, asegúrese de entender el posible impacto de cualquier comando.

Convenciones

Consulte Convenciones de Consejos TécnicosCisco para obtener más información sobre las convenciones del documento.

Temporizadores de protocolo de árbol de expansión

Hay varios temporizadores STP, como muestra esta lista:

• hello: el tiempo de saludo es el tiempo entre cada unidad de datos de protocolo de puente (BPDU) que se envía en un puerto. Este tiempo es igual a 2 segundos (seg) de forma predeterminada, pero puede ajustar el tiempo para que esté entre 1 y 10 segundos.

• demora de reenvío: la demora de reenvío es el tiempo que se emplea en el estado de escucha y aprendizaje. Este tiempo es igual a 15 segundos de forma predeterminada, pero puede ajustar el tiempo para que esté entre 4 y 30 segundos.

• max age: el temporizador max age controla la duración máxima del tiempo que transcurre antes de que un puerto de bridge guarde su información de BPDU de configuración. Este tiempo es de 20 segundos de forma predeterminada, pero puede ajustarlo para que esté entre 6 y 40 segundos.

Cada BPDU de configuración contiene estos tres parámetros. Además, cada configuración de BPDU contiene otro parámetro relacionado con el tiempo que se conoce como antigüedad del mensaje.

La antigüedad del mensaje no es un valor fijo. La antigüedad del mensaje contiene el tiempo transcurrido desde que el puente raíz originó inicialmente la BPDU.

El puente raíz envía todas sus BPDU con un valor de antigüedad de mensaje de 0, y todos los switches subsiguientes agregan 1 a este valor.

Efectivamente, este valor contiene la información sobre cuán lejos está del bridge raíz cuando recibe una BPDU. Este diagrama ilustra el concepto:

Cuando se recibe una nueva BPDU de configuración que es igual o mejor que la información registrada en el puerto, se almacena toda la información de BPDU.

El temporizador de edad comienza a funcionar. El temporizador de antigüedad comienza en la antigüedad del mensaje que se recibe en esa BPDU de configuración.

Si este temporizador de antigüedad alcanza la antigüedad máxima antes de que se reciba otra BPDU que actualice el temporizador, la información se desactualiza para ese puerto.

A continuación se muestra un ejemplo que se aplica al diagrama de esta sección:

• Los switches B y C reciben una BPDU de configuración del switch A con una antigüedad de mensaje de 0. En el puerto que va a A, la información caduca en (antigüedad máxima - 0) segundos. Este tiempo es de 20 segundos de forma predeterminada.

• Los switches D y E reciben la BPDU del switch B con una antigüedad de mensaje de 1. En el puerto que va a B, la información caduca en (antigüedad máxima - 1) segundos. Este tiempo es de 19 segundos de forma predeterminada.

• El switch F recibe la BPDU del switch E con una antigüedad del mensaje de 2. En el puerto que va a E, la información caduca en (antigüedad máxima - 2) segundos. Este tiempo es de 18 segundos de forma predeterminada.

Otros parámetros del protocolo de árbol de extensión

IEEE 802.1D define STP. Además de los temporizadores que describe la sección Temporizadores del Spanning Tree Protocol, IEEE también define estos parámetros que se relacionan con STP:

• diámetro del dominio STP (dia): este valor es el número máximo de puentes entre dos puntos cualesquiera de conexión de estaciones extremas. La recomendación del IEEE es considerar un diámetro máximo de siete puentes para los temporizadores STP predeterminados.

• bridge transit delay (retraso de tránsito): este valor es el tiempo transcurrido entre la recepción y la transmisión de la misma trama por el puente. Esto es lógicamente la latencia a través del puente. La recomendación del IEEE es considerar 1 segundo como la demora máxima de tránsito del puente.

• Retraso de transmisión BPDU (bpdu_delay): este valor es el retardo entre el tiempo que una BPDU se recibe en un puerto y el tiempo que la BPDU de configuración se transmite efectivamente a otro puerto. El IEEE recomienda 1 segundo como el retardo máximo de transmisión BPDU.

• message age increment overote (msg_overassessment): este valor es el incremento que cada bridge agrega a la antigüedad del mensaje antes de reenviar una BPDU. Como se indica en la sección Temporizadores del Spanning Tree Protocol, los switches Cisco (y probablemente todos los switches) agregan 1 segundo a la página del mensaje antes de que los switches reenvíen una BPDU.

• mensaje perdido (lost_msg): este valor es el número de BPDU que se pueden perder cuando una BPDU se mueve de un extremo de la red puenteada al otro extremo. La recomendación del IEEE es utilizar tres como el número de BPDU que se pueden perder.

• transmit halt delay (Tx_halt_delay): Este valor es la cantidad máxima de tiempo que es necesaria para que un puente mueva efectivamente un puerto al estado de bloque después de determinar que el puerto necesita ser bloqueado. La recomendación del IEEE es utilizar 1 segundo para este parámetro.

• medium access delay (med_access_delay): Este valor es el tiempo necesario para que un dispositivo obtenga acceso a los medios para la transmisión inicial. Es el tiempo entre la decisión de la CPU de enviar una trama y el momento en que la trama efectivamente comienza a salir del puente. La recomendación del IEEE es utilizar 0,5 segundos como tiempo máximo.

A partir de estos parámetros, puede calcular otros valores. Esta lista proporciona los parámetros adicionales y los cálculos. Los cálculos suponen que se utilizan los valores IEEE recomendados de forma predeterminada para todos los parámetros.

• Retraso de propagación de BPDU de extremo a extremo: este valor es la cantidad de tiempo necesaria para que una BPDU viaje de un extremo de la red al otro extremo. Suponga un diámetro de siete saltos, tres BPDU que se pueden perder y un tiempo de saludo de 2 segundos. En este caso, la fórmula es:

  End-to-end_BPDU_propa_delay
  = ((lost_msg + 1) x hello) + ((BPDU_Delay x (dia – 1)) 
  = ((3 + 1) x hello) + ((1 x (dia – 1)) 
  = 4 x hello + dia – 1 
  = 4 x 2 + 6 
  = 14 sec

• Sobreestimación de antigüedad del mensaje: el propósito de este parámetro es dar cuenta de la antigüedad de la BPDU desde su origen. Suponga que cada puente aumenta la antigüedad del mensaje BPDU en 1 segundo. La fórmula es:

  Message_age_overestimate 
  = (dia – 1) x overestimate_per_bridge 
  = dia – 1 
  = 6

• Vida útil máxima de la trama: este valor es el tiempo máximo que una trama que se envió previamente a la red de puente permanece en la red antes de que la trama llegue a ese destino. La fórmula es:

  Maximum_frame_lifetime
  = dia x transit_delay + med_access_delay 
  = dia + 0.5 
  = 7.5 
  = 8  (rounded)

• Retraso máximo de detención de transmisión: este valor es el tiempo necesario para bloquear un puerto de manera efectiva, después de tomar la decisión de bloquear. El IEEE cuenta 1 segundo como el máximo para este evento. La fórmula es:

  Maximum_transmission_halt_delay
  = 1

Valores predeterminados de Temporizadores de protocolo de árbol de expansión

Esta sección detalla cómo alcanzar el valor predeterminado para la antigüedad máxima y el retraso de reenvío si utiliza el valor recomendado para cada parámetro.

Los valores recomendados son un diámetro de siete y un tiempo de saludo de 2 segundos.

max age

La antigüedad máxima tiene en cuenta el hecho de que el switch que se encuentra en la periferia de la red no agota el tiempo de espera de la información raíz en condiciones estables (es decir, si la raíz sigue viva).

El valor de antigüedad máxima debe tener en cuenta la demora de propagación de BPDU total y la sobreestimación de antigüedad del mensaje. Por lo tanto, la fórmula para la edad máxima es:

max_age 
= End-to-end_BPDU_propa_delay + Message_age_overestimate 
= 14 + 6 
= 20 sec

Este cálculo muestra cómo el IEEE alcanza el valor predeterminado recomendado para la antigüedad máxima.

demora de reenvío

El movimiento de un puerto al estado de escucha indica que hay un cambio en la topología STP activa y que un puerto va de bloque en bloque.

Por lo tanto, los períodos de escucha y aprendizaje en los que se ejecuta el retardo de reenvío deben cubrir este período consecutivo:

• Tiempo desde que el primer puerto de bridge ingresa en el estado de escucha (y permanece allí durante la reconfiguración subsiguiente) hasta que el último bridge en la LAN de bridge escucha del cambio en la topología activa

  Además, debe contar el mismo retraso que utiliza para calcular la antigüedad máxima (sobreestimación de antigüedad del mensaje y retraso de propagación de BPDU).

• Tiempo para que el último puente detenga el reenvío de tramas que se reciben en la topología anterior (retraso máximo de detención de transmisión), hasta que la última trama que se reenvía en la topología anterior desaparece (duración máxima de la trama)

  Esta cantidad de tiempo es necesaria para asegurarse de que no obtiene tramas duplicadas.

Por lo tanto, el doble del tiempo de la demora de reenvío (tiempo de escucha + tiempo de aprendizaje) contiene todos estos parámetros. La fórmula es:

2 x forward delay 
= end-to-end_BPDU_propagation_delay + Message_age_overestimate + 
    Maximum_frame_lifetime + Maximum_transmission_halt_delay 
= 14 + 6 + 7.5 + 1 = 28.5 

forward_delay 
= 28.5 /2 
= 15 (rounded)

Ajustar la antigüedad máxima y los temporizadores de retraso de reenvío

Entre todos estos parámetros, los únicos que puede ajustar son:

Nota: La capacidad para ajustar estos parámetros depende de la red.

• hello: del 1 al 6

• max age

• demora de reenvío

• diámetro: depende de la red.

No modifique ninguno de los valores de esta lista. Deje estos valores en el valor IEEE recomendado:

• lost_msg = 3

• retraso_tránsito = 1

• retraso de bpdu = 1

• msg_overassessment = 1

• Tx_halt_delay = 1

• med_access_delay = 0.5

• maximum_transmission_halt_delay = 1

Estos valores pueden parecer bastante conservadores en una red moderna, en la que no es probable que pierda tres BPDU o que tenga 1 segundo de latencia para una trama a través de un switch.

Sin embargo, recuerde que estos valores existen para evitar los loops STP que pueden ocurrir en condiciones de estrés, tales como:

• Uso muy alto de la CPU

• Un puerto sobrecargado

Por lo tanto, debe considerar estos parámetros como valores fijos. Si utiliza las fórmulas que se muestran en la sección Valores predeterminados de los temporizadores del protocolo de árbol de extensión, tendrá:

max_age 
= End-to-end_BPDU_propa_delay + Message_age_overestimate 
= ((lost_msg + 1) x hello) + ((BPDU_Delay x (dia – 1)) + (dia – 1) x overestimate_per_
    bridge 
= (4 x hello) + dia – 1 + dia – 1 
= (4 x hello) + (2 x dia) – 2 


forward_delay 
= (End-to-end_BPDU_propa_delay + Message_age_overestimate + 
    Maximum_frame_lifetime + Maximum_transmission_halt_delay ) / 2 
= ((lost_msg + 1) x hello) + ((BPDU_Delay x (dia – 1)) + ((dia – 1)
    x overestimate_per_bridge)  + (dia x transit_delay) + med_access_delay 
    +  Maximum_transmission_halt_delay) / 2 
= ((4 x hello) + dia – 1 + dia – 1 + dia + 0.5 + 1) / 2 
= ((4 x hello) + (3 x dia) – 0.5) / 2

Estos cálculos le dejan con estas dos fórmulas finales (si redondea el valor 0,5):

max_age = (4 x hello) + (2 x dia) – 2 
forward_delay = ((4 x hello) + (3 x dia)) / 2

Si desea ajustar los temporizadores STP para lograr un mejor tiempo de convergencia, debe utilizar estrictamente estas dos fórmulas.

Aquí está un ejemplo. Si tiene un diámetro de cuatro para una red puenteada, debe utilizar estos parámetros:

hello = 2 (default) then 
max_age = 14 sec 
forward_delay = 10 sec 
If hello = 1 then 
max_age = 10 sec 
forward_delay = 8 sec

Nota: hello = 1 es el valor más bajo. No hay manera de que pueda ajustar este parámetro a menos de 10 segundos para la edad máxima y 8 segundos para el retardo de reenvío si su diámetro es igual a cuatro.

Reducción del tiempo de saludo a 1 segundo

Una disminución del tiempo de saludo a 1 segundo es la manera más fácil y segura de disminuir los parámetros STP.

Sin embargo, recuerde que si reduce el tiempo de saludo de 2 segundos a 1 segundo, duplica el número de BPDU que envía/recibe cada puente.

Este aumento causa una carga adicional en la CPU, que necesita procesar el doble de BPDU. Esta carga puede ser un problema si tiene varias VLAN y troncos.

Calcular el diámetro

El diámetro depende completamente del diseño de la red. El diámetro es el número máximo de switches que se cruzan para vincular dos switches cualesquiera en la red puenteada (que incluye el origen y el destino), si se asume que en los peores casos. No se cruza el mismo interruptor dos veces al determinar el diámetro. En el diagrama de la sección Temporizadores del Spanning Tree Protocol de este documento, puede ver que tiene un diámetro de 5 (trayectoria F-E-B-A-C).

Ahora, mire el diagrama de esta sección.

El diagrama contiene algunos switches de acceso (switches C, D y E) que se conectan a dos switches de distribución (switches A y B).

Hay un límite de capa 3 (L3) entre los switches de distribución y el núcleo. El dominio en puente se detiene en los switches de distribución. El diámetro STP es 5:

• C-A-D-B-E

• D-A-C-B-E

Puede ver en el diagrama que no hay ningún par de switches que den un diámetro mayor que 5.

Cambiar los temporizadores del protocolo de árbol de extensión

Como se menciona en la sección Temporizadores del Spanning Tree Protocol, cada BPDU incluye los temporizadores hello, forward delay y max age STP.

A un puente IEEE no le preocupa la configuración local del valor de los temporizadores. El puente IEEE considera el valor de los temporizadores en la BPDU que recibe el puente.

Efectivamente, sólo es importante un temporizador configurado en el puente raíz del STP. Si pierde la raíz, la nueva raíz comienza a imponer su valor de temporizador local en toda la red.

Por lo tanto, incluso si no necesita configurar el mismo valor de temporizador en toda la red, debe al menos configurar cualquier cambio de temporizador en el puente raíz y en el puente raíz de respaldo.

Si utiliza un switch de Cisco que ejecuta el software Catalyst OS (CatOS), existen algunas macros que le permiten configurar la raíz y ajustar los parámetros de acuerdo con las fórmulas.

Ejecute elset spantree root vlan dia diameter hello hello_timecomando para establecer el diámetro y el tiempo hello. Aquí tiene un ejemplo:

Taras> (enable) set spantree root 8 dia 4 hello 2 
VLAN 8 bridge priority set to 8192. 
VLAN 8 bridge max aging time set to 14. 
VLAN 8 bridge hello time set to 2. 
VLAN 8 bridge forward delay set to 10. 
Switch is now the root switch for active VLAN 8.

Si tiene configurado el diámetro de red STP, el valor de diámetro configurado no se muestra en la configuración ni en la salida de ningúnshowcomando.

Información Relacionada

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