Spanning Tree Protocol Timers begrijpen en afstemmen

Inleiding

In dit document worden de STP-timers (Spanning Tree Protocol) en de regels beschreven die moeten worden gebruikt om de timers af te stemmen.

Achtergrond

In dit document wordt alleen besproken hoe u STP-timers kunt afstemmen voor de reguliere 802.1D-omspannende structuur. In dit document wordt niet ingegaan op het protocol Rapid STP (RSTP) (IEEE 802.1w) of Multiple Spanning Tree (MST) (IEEE 802.1s).

Raadpleeg de volgende documenten voor meer informatie over RSTP en MST:

• Multiple Spanning Tree Protocol (802.1s) begrijpen

• Understand Rapid Spanning Tree Protocol (802.1w) (Inzicht in Rapid Spanning Tree Protocol (802.1w))

Voorwaarden

Vereisten

Dit document veronderstelt een goed begrip van STV. Voor meer informatie over de werking van STP, zie Begrijpen en configureren Spanning Tree Protocol (STP) op Catalyst Switches.

Let op: U kunt dit document gebruiken om u te helpen uw netwerkproblemen op te lossen, maar alleen als u bekend bent met het proces of als iemand die bekend is met het proces u heeft geleid. Als u niet bekend bent met STP, kunnen wijzigingen die u aanbrengt een van deze voorvallen veroorzaken:

• instabiliteit
• Toepassingsvertragingen
• CPU-pieken
• LAN-meltdown

Zie 802.1D - IEEE-standaarden voor lokale en grootstedelijke netwerken: Media Access Control (MAC) Bridges

Gebruikte componenten

Dit document is niet beperkt tot specifieke software- en hardware-versies.

De informatie in dit document is gebaseerd op de apparaten in een specifieke laboratoriumomgeving. Alle apparaten die in dit document worden beschreven, hadden een opgeschoonde (standaard)configuratie. Als uw netwerk live is, moet u zorgen dat u de potentiële impact van elke opdracht begrijpt.

Conventies

Raadpleeg Cisco Technical Tips Conventions (Conventies voor technische tips van Cisco) voor meer informatie over documentconventies.

Spanning Tree Protocol Timers

Er zijn verschillende STP-timers, zoals deze lijst laat zien:

• hallo — De hello-tijd is de tijd tussen elke bridge protocol data unit (BPDU) die wordt verzonden op een poort. Deze tijd is standaard gelijk aan 2 seconden (sec), maar u kunt de tijd afstemmen op tussen 1 en 10 seconden.

• voorwaartse vertraging - De voorwaartse vertraging is de tijd die wordt doorgebracht in de luister- en leertoestand. Deze tijd is standaard gelijk aan 15 seconden, maar u kunt de tijd afstemmen op tussen 4 en 30 seconden.

• max. leeftijd — De max. leeftijd timer bepaalt de maximale tijdsduur die verstrijkt voordat een brugpoort de configuratie-BPDU-informatie opslaat. Deze tijd is standaard 20 seconden, maar u kunt de tijd afstemmen op tussen 6 en 40 seconden.

Elke configuratie-BPDU bevat deze drie parameters. Bovendien bevat elke BPDU-configuratie een andere tijdgerelateerde parameter die bekend staat als de berichtleeftijd.

De berichtleeftijd is geen vaste waarde. De leeftijd van het bericht bevat de tijdsduur die is verstreken sinds de root-brug oorspronkelijk van start ging met de BPDU.

De root-brug verzendt al haar BPDU's met een berichtleeftijd van 0 en alle daaropvolgende switches voegen 1 toe aan deze waarde.

In feite bevat deze waarde de informatie over hoe ver u van de root-brug bent wanneer u een BPDU ontvangt. Dit diagram illustreert het concept:

Wanneer een nieuwe configuratie-BPDU wordt ontvangen die gelijk is aan of beter is dan de opgenomen informatie op de poort, wordt alle BPDU-informatie opgeslagen.

De leeftijd timer begint te lopen. De leeftijd timer begint op de leeftijd van het bericht dat wordt ontvangen in die configuratie BPDU.

Als deze leeftijdstimer de maximale leeftijd bereikt voordat een andere BPDU wordt ontvangen die de timer vernieuwt, wordt de informatie voor die poort verouderd.

Hier is een voorbeeld dat van toepassing is op het diagram in dit gedeelte:

• Switches B en C ontvangen een configuratie-BPDU van switch A met een berichtleeftijd van 0. Op de poort die naar A gaat, veroudert de informatie in (max leeftijd - 0) seconden. Deze tijd is standaard 20 seconden.

• Switches D en E ontvangen de BPDU van switch B met een berichtleeftijd van 1 jaar. Op de poort die naar B gaat, veroudert de informatie in (max leeftijd - 1) seconden. Deze tijd is standaard 19 seconden.

• Switch F ontvangt de BPDU van switch E met een bericht van 2 jaar. Op de poort die naar E gaat, veroudert de informatie in (max leeftijd - 2) seconden. Deze tijd is standaard 18 seconden.

Andere parameters van het Spanning Tree Protocol

IEEE 802.1D definieert STP. Naast de timers die de sectie Spanning Tree Protocol Timers beschrijft, definieert IEEE ook deze parameters die betrekking hebben op STP:

• diameter van het STP-domein (dia) — Deze waarde is het maximale aantal bruggen tussen twee bevestigingspunten van eindstations. De IEEE-aanbeveling is om een maximale diameter van zeven bruggen voor de standaard STP-timers te overwegen.

• overbruggingstransitvertraging (transitvertraging) — Deze waarde is de tijd die is verstreken tussen de ontvangst en de transmissie van hetzelfde frame door de brug. Dit is logischerwijs de latentie via de brug. De IEEE-aanbeveling is om 1 seconde te beschouwen als de maximale overbruggingsvertraging.

• BPDU-transmissievertraging (bpdu_delay) — Deze waarde is de vertraging tussen het tijdstip waarop een BPDU op een poort wordt ontvangen en het tijdstip waarop de configuratie-BPDU daadwerkelijk naar een andere poort wordt verzonden. De IEEE beveelt 1 seconde aan als de maximale transmissievertraging van de BPDU.

• Overschatting van de toename van de berichtleeftijd (msg_overestimate) — Deze waarde is de toename die elke bridge toevoegt aan de berichtleeftijd voordat deze een BPDU doorstuurt. Zoals de sectie Spanning Tree Protocol Timers aangeeft, voegen Cisco-switches (en waarschijnlijk alle switches) 1 seconde toe aan de berichtleeftijd voordat de switches een BPDU doorsturen.

• verloren bericht (lost_msg) — Deze waarde is het aantal BPDU's dat verloren kan gaan als een BPDU van het ene uiteinde van het overbrugde netwerk naar het andere uiteinde gaat. De IEEE-aanbeveling is om drie te gebruiken als het aantal BPDU's dat verloren kan gaan.

• Stopvertraging verzenden (Tx_halt_delay) — Deze waarde is de maximale tijd die een brug nodig heeft om een poort effectief in de bloktoestand te verplaatsen nadat is bepaald dat de poort moet worden geblokkeerd. De IEEE-aanbeveling is om 1 seconde voor deze parameter te gebruiken.

• medium access delay (med_access_delay) — Deze waarde is de tijd die een apparaat nodig heeft om toegang te krijgen tot het medium voor de eerste transmissie. Het is de tijd tussen de CPU-beslissing om een frame te verzenden en het moment waarop het frame effectief de brug begint te verlaten. De IEEE-aanbeveling is om 0,5 seconde als maximale tijd te gebruiken.

Op basis van deze parameters kunt u andere waarden berekenen. Deze lijst bevat de aanvullende parameters en de berekeningen. De berekeningen gaan ervan uit dat u de standaard aanbevolen IEEE-waarden voor alle parameters gebruikt.

• End-to-end BPDU-propagatievertraging — Deze waarde is de tijd die een BPDU nodig heeft om van het ene uiteinde van het netwerk naar het andere uiteinde te reizen. Neem een diameter van zeven hop, drie BPDU's die verloren kunnen gaan en een hallo-tijd van 2 seconden. In dit geval is de formule:

  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

• Overschatting van de berichtleeftijd — Het doel van deze parameter is om rekening te houden met de leeftijd van de BPDU sinds de oorsprong. Stel dat elke brug de BPDU-berichtleeftijd met 1 seconde verhoogt. De formule is:

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

• Maximale levensduur van het frame — Deze waarde is de maximale tijd dat een frame dat eerder naar het brugnetwerk is verzonden, in het netwerk blijft voordat het frame die bestemming bereikt. De formule is:

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

• Maximale vertraging van de transmissiestop — Deze waarde is de tijd die nodig is om een haven effectief te blokkeren, nadat het besluit tot blokkering is genomen. De IEEE telt 1 seconde als maximum voor dit evenement. De formule is:

  Maximum_transmission_halt_delay
  = 1

Standaardwaarden van Spanning Tree Protocol Timers

In dit gedeelte wordt beschreven hoe u de standaardwaarde voor maximale leeftijd en vertraging kunt bereiken als u de aanbevolen waarde voor elke parameter gebruikt.

De aanbevolen waarden zijn een diameter van zeven en een hello-tijd van 2 seconden.

max. leeftijd

De maximale leeftijd houdt rekening met het feit dat de switch die zich aan de rand van het netwerk bevindt, de root-informatie niet uitschakelt onder stabiele omstandigheden (dat wil zeggen, als de root nog leeft).

Bij de bepaling van de maximale ouderdomswaarde moet rekening worden gehouden met de totale BPDU-propagatievertraging en de overschatting van de berichtleeftijd. De formule voor de maximale leeftijd is:

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

Deze berekening laat zien hoe de IEEE de standaard aanbevolen waarde voor de maximale leeftijd bereikt.

forward delay: de doorstuurvertraging

De beweging van een poort naar de luistertoestand geeft aan dat er een verandering is in de actieve STP-topologie en dat een poort van blok naar voren gaat.

Dus de luister- en leerperioden wanneer de voorwaartse vertraging loopt, moeten deze opeenvolgende periode bestrijken:

• Tijd vanaf het moment dat de eerste brugpoort de luistertoestand binnengaat (en daar blijft tijdens de daaropvolgende herconfiguratie) tot het moment dat de laatste brug in het overbrugde LAN hoort van de verandering in de actieve topologie

  Bovendien moet u dezelfde vertraging tellen die u gebruikt om de maximale leeftijd te berekenen (overschatting van de berichtleeftijd en BPDU-propagatievertraging).

• Tijd voor de laatste brug om het doorsturen van frames te stoppen die zijn ontvangen op de vorige topologie (maximale vertraging van de transmissiestop), totdat het laatste frame dat is doorgestuurd op de vorige topologie verdwijnt (maximale levensduur van het frame)

  Deze hoeveelheid tijd is nodig om er zeker van te zijn dat u geen dubbele frames krijgt.

Daarom bevat tweemaal de tijd van de voorwaartse vertraging (luistertijd + leertijd) al deze parameters. De formule is:

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)

Tune max leeftijd en forward delay Timers

Van al deze parameters zijn de enige die u kunt afstemmen:

Opmerking: de mogelijkheid om deze parameters af te stemmen is afhankelijk van het netwerk.

• Hallo - van 1 tot 6

• max. leeftijd

• forward delay: de doorstuurvertraging

• Diameter: dit is afhankelijk van het netwerk.

Wijzig de waarden in deze lijst niet. Laat deze waarden op de aanbevolen IEEE-waarde:

• lost_msg = 3

• transit_delay = 1

• BPDU_delay = 1

• MSG_Overschatting = 1

• Tx_halt_delay = 1

• MED_ACCESS_DELAY = 0,5

• maximum_transmissie_halt_delay = 1

Deze waarden kunnen behoorlijk conservatief lijken in een modern netwerk, waarin u waarschijnlijk geen drie BPDU's verliest of 1 seconde latentie hebt voor een frame via een switch.

Onthoud echter dat deze waarden bestaan om STP-lussen te voorkomen die kunnen optreden in stresssituaties, zoals:

• Zeer hoog CPU-gebruik

• Een overbelaste poort

Daarom moet u deze parameters als vaste waarden beschouwen. Als u de formules gebruikt die in de sectie Standaardwaarden van Spanning Tree Protocol Timers worden weergegeven, hebt u:

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

Deze berekeningen laten je achter met deze twee definitieve formules (als je de 0,5-waarde afrondt):

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

Als u de STP-timers wilt afstemmen om een betere convergentietijd te bereiken, moet u deze twee formules strikt gebruiken.

Hierna volgt een voorbeeld. Als u een diameter van vier hebt voor een overbrugd netwerk, moet u deze parameters gebruiken:

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

Let op: hallo = 1 is de laagste waarde. Er is geen manier dat u deze parameter kunt afstemmen op minder dan 10 seconden voor maximale leeftijd en 8 seconden voor voorwaartse vertraging als uw diameter gelijk is aan vier.

Vermindering van de hallo-tijd tot 1 seconde

Een verkorting van de hello-tijd tot 1 seconde is de eenvoudigste en zekerste manier om de STP-parameters te verlagen.

Houd er echter rekening mee dat als u de hello-tijd van 2 seconden naar 1 seconde verlaagt, u het aantal BPDU's verdubbelt dat door elke brug wordt verzonden / ontvangen.

Deze toename veroorzaakt een extra belasting van de CPU, die twee keer zoveel BPDU's moet verwerken. Deze belasting kan een probleem zijn als u meerdere VLAN's en trunks hebt.

Bereken de diameter

De diameter is volledig afhankelijk van het netwerkontwerp. De doorsnede is het maximale aantal switches dat u doorkruist om twee switches in het overbrugde netwerk (inclusief bron en bestemming) te koppelen, als u uitgaat van de ergste gevallen. Je mag niet twee keer dezelfde switch oversteken bij het bepalen van de doorsnede. In het diagram in de Spanning Tree Protocol Timers sectie van dit document, kunt u zien dat u een diameter van 5 (pad F-E-B-A-C).

Kijk nu naar het diagram in dit gedeelte.

Het diagram bevat enkele switches voor toegang (switches C, D en E) die aansluiten op twee switches voor verdeling (switches A en B).

Er is een laag 3 (L3) grens tussen de verdelingskern en de switch. Het overbrugde domein wordt gestopt bij de switches van de verdeling. De diameter van de STP is 5:

• C-A-D-B-E

• D-A-C-B-E

Je kunt aan het diagram zien dat er geen paar switches zijn die een diameter geven die groter is dan 5.

De Spanning Tree-protocoltimers wijzigen

Zoals de sectie Spanning Tree Protocol Timers vermeldt, bevat elke BPDU de hello-, forward delay- en max age STP-timers.

Een IEEE-bridge maakt zich geen zorgen over de lokale configuratie van de waarde van de timers. De IEEE-brug houdt rekening met de waarde van de timers in de BPDU die de brug ontvangt.

In feite is alleen een timer die is geconfigureerd op de root-brug van de STP belangrijk. Als u de root verliest, begint de nieuwe root zijn lokale timerwaarde op te leggen aan het hele netwerk.

Dus zelfs als u niet dezelfde timerwaarde in het hele netwerk hoeft te configureren, moet u op zijn minst alle timerwijzigingen op de root-brug en op de back-up-root-brug configureren.

Als u een Cisco-switch gebruikt waarop Catalyst OS (CatOS)-software wordt uitgevoerd, zijn er enkele macro's waarmee u de root kunt instellen en de parameters kunt afstemmen volgens de formules.

Geef deset spantree root vlan dia diameter hello hello_timeopdracht op om de diameter en hello-tijd in te stellen. Hierna volgt een voorbeeld:

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.

Als u de STP-netwerkdiameter hebt geconfigureerd, wordt de geconfigureerde diameterwaarde niet weergegeven in de configuratie of in de uitvoer van eenshowopdracht.

Gerelateerde informatie

• Productondersteuningspagina’s voor LAN
• Ondersteuningspagina voor LAN-switching
• Technische ondersteuning en documentatie – Cisco Systems