Entendendo e ajustando os cronômetros de protocolo da árvore de abrangência

Introduction

Este documento descreve os temporizadores do Spanning Tree Protocol (STP) e as regras a serem seguidas para ajustar os temporizadores.

Observação: este documento discute apenas como ajustar temporizadores STP para spanning tree 802.1D regular. Este documento não discute o protocolo Rapid STP (RSTP) (IEEE 802.1w) ou o protocolo MST (Multiple Spanning Tree) (IEEE 802.1s). Para obter mais informações sobre RSTP e MST, consulte estes documentos:

• Compreendendo o protocolo múltiplo de extensão de árvore (802.1s)

• Compreendendo o protocolo de abrangência de árvore rápida (802.1w)

Prerequisites

Requirements

Este documento pressupõe um bom entendimento do STP. Para obter mais informações sobre a operação do STP, consulte Compreendendo e Configurando o Protocolo de Árvore Estendida (STP - Spanning Tree Protocol) em Catalyst Switches .

Cuidado: você pode usar este documento para ajudá-lo a resolver seus problemas de rede, mas somente se estiver familiarizado com o processo ou se alguém que esteja familiarizado com o processo o tiver direcionado. Se você não está familiarizado com o STP, as alterações feitas podem causar qualquer uma destas ocorrências:

• Instabilidade

• Lentidão do aplicativo

• Picos da CPU

• fusão de LAN

Consulte 802.1D - Padrões IEEE para Redes Locais e Metropolitanas: Bridges de Controle de Acesso ao Meio (MAC - Media Access Control) (Cláusula 8) para obter detalhes adicionais e referências sobre todos os parâmetros discutidos neste documento.

Componentes Utilizados

Este documento não se restringe a versões de software e hardware específicas.

Conventions

Consulte as Convenções de Dicas Técnicas da Cisco para obter mais informações sobre convenções de documentos.

Temporizadores do Spanning Tree Protocol

Há vários temporizadores STP, como esta lista mostra:

• hello — O tempo de hello é o tempo entre cada unidade de dados do protocolo de bridge (BPDU) enviada em uma porta. Esse tempo é igual a 2 segundos (s) por padrão, mas você pode ajustar o tempo para ser entre 1 e 10 s.

• retardo de encaminhamento — O retardo de encaminhamento é o tempo gasto no estado de escuta e aprendizado. Esse tempo é igual a 15 s por padrão, mas você pode ajustar o tempo para ser entre 4 e 30 s.

• max age —O temporizador max age controla o tempo máximo que passa antes que uma porta de bridge salve suas informações de BPDU de configuração. Por padrão, esse tempo é de 20 segundos, mas você pode ajustar o tempo para entre 6 e 40 segundos.

Cada BPDU de configuração contém estes três parâmetros. Além disso, cada configuração de BPDU contém outro parâmetro relacionado ao tempo conhecido como a idade da mensagem. A idade da mensagem não é um valor fixo. O tempo de existência da mensagem contém o tempo decorrido desde que a bridge raiz originou inicialmente a BPDU. A bridge raiz envia todos os seus BPDUs com um valor de idade da mensagem 0 e todos os switches subsequentes adicionam 1 a esse valor. Efetivamente, esse valor contém as informações sobre a distância que você está da bridge raiz quando recebe um BPDU. Este diagrama ilustra o conceito:

Quando uma nova BPDU de configuração é recebida igual ou melhor que as informações gravadas na porta, todas as informações de BPDU são armazenadas. O temporizador de idade começa a ser executado. O temporizador de idade começa na idade da mensagem recebida na BPDU de configuração. Se esse temporizador de idade atingir a idade máxima antes que outro BPDU seja recebido que atualize o temporizador, as informações ficarão obsoletas para essa porta.

Aqui está um exemplo que se aplica ao diagrama nesta seção:

• Os switches B e C recebem uma BPDU de configuração do switch A com uma idade de mensagem de 0. Na porta que vai para A, as informações expiram em (max age - 0) seg. Esta vez é de 20 segundos por padrão.

• Os switches D e E recebem a BPDU do switch B com uma idade de mensagem de 1. Na porta que vai para A, as informações expiram em (idade máxima - 1) s. Esta vez é de 19 segundos por padrão.

• O Switch F recebe a BPDU do switch E com uma idade de mensagem de 2. Na porta que vai para E, as informações expiram em (idade máxima - 2) s. Esta vez é de 18 segundos por padrão.

Outros parâmetros do Spanning Tree Protocol

O IEEE 802.1D define o STP. Além dos temporizadores que a seção Spanning Tree Protocol Timers descreve, o IEEE também define estes parâmetros relacionados ao STP:

• diâmetro do domínio STP (dia) — Esse valor é o número máximo de bridges entre dois pontos de conexão de estações finais. A recomendação do IEEE é considerar um diâmetro máximo de sete pontes para os temporizadores STP padrão.

• retardo de trânsito da bridge (retardo de trânsito) — Esse valor é o tempo decorrido entre a recepção e a transmissão do mesmo quadro pela bridge. Isto é logicamente a latência por meio da ponte. A recomendação do IEEE é considerar 1 segundo como o atraso máximo de trânsito da bridge.

• Atraso de transmissão de BPDU (bpdu_delay) — Esse valor é o atraso entre o tempo em que um BPDU é recebido em uma porta e o tempo em que o BPDU de configuração é efetivamente transmitido para outra porta. O IEEE recomenda 1 segundo como o atraso máximo de transmissão de BPDU.

• sobreestimativa do aumento de idade da mensagem (msg_overestima) — Este valor é o incremento que cada bridge adiciona à idade da mensagem antes de encaminhar uma BPDU. Como a seção Spanning Tree Protocol Timers afirma, os switches Cisco (e provavelmente todos os switches) adicionam 1 segundo à idade da mensagem antes que os switches encaminhem uma BPDU.

• mensagem perdida (loss_msg) — Este valor é o número de BPDUs que podem ser perdidos quando uma BPDU se move de uma extremidade da rede conectada para a outra extremidade. A recomendação do IEEE é usar três como o número de BPDUs que podem ser perdidos.

• transmit halt delay (Tx_halt_delay) — Esse valor é o tempo máximo necessário para que uma bridge mova efetivamente uma porta para o estado blocking após a determinação de que ela precisa ser bloqueada. A recomendação do IEEE é usar 1 segundo para esse parâmetro.

• media access delay (med_access_delay) — Esse valor é o tempo necessário para que um dispositivo obtenha acesso ao meio para a transmissão inicial. É o tempo entre a decisão da CPU de enviar um quadro e o momento em que o quadro efetivamente começa a sair da bridge. A recomendação do IEEE é usar 0,5 s como o tempo máximo.

Com base nesses parâmetros, é possível calcular outros valores. Esta lista fornece os parâmetros adicionais e os cálculos. Os cálculos presumem que você usa os valores IEEE recomendados padrão para todos os parâmetros.

• Atraso de propagação de BPDU fim-a-fim — Esse valor é a quantidade de tempo necessária para uma BPDU trafegar de uma extremidade da rede até a outra extremidade. Suponha um diâmetro de sete saltos, três BPDUs que podem ser perdidos e um tempo de saudação de 2 segundos. Nesse caso, a fórmula é:

  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

• Sobreestimativa da idade da mensagem — A finalidade deste parâmetro é considerar a idade da BPDU desde a origem. Suponha que cada bridge aumente o tempo de existência da mensagem BPDU em 1 segundo. A fórmula é:

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

• Duração máxima do quadro — Esse valor é o tempo máximo que um quadro que foi enviado anteriormente para a rede da bridge permanece na rede antes de o quadro alcançar esse destino. A fórmula é:

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

• Atraso máximo de interrupção da transmissão — Esse valor é o tempo necessário para bloquear efetivamente uma porta, após a decisão de bloquear ser tomada. O IEEE conta 1 segundo como o máximo para este evento. A fórmula é:

  Maximum_transmission_halt_delay
  = 1

Valores padrão dos temporizadores do Spanning Tree Protocol

Esta seção detalha como alcançar o valor padrão para idade máxima e atraso de encaminhamento se você usar o valor recomendado para cada parâmetro. Os valores recomendados são um diâmetro de sete e um tempo de saudação de 2 segundos.

max age

A idade máxima leva em conta o fato de que o switch que está na periferia da rede não atinge o tempo limite das informações de raiz em condições estáveis (isto é, se a raiz ainda estiver viva). O valor de idade máxima precisa levar em conta o atraso total de propagação de BPDU e a sobreestimativa de idade da mensagem. Portanto, a fórmula para idade máxima é:

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

Esse cálculo mostra como o IEEE atinge o valor padrão recomendado para idade máxima.

retardo de encaminhamento

O movimento de uma porta no estado de escuta indica que há uma alteração na topologia ativa do STP e que uma porta passará do bloqueio ao encaminhamento. Portanto, os períodos de escuta e aprendizado durante os quais o retardo de encaminhamento é executado devem cobrir esse período consecutivo:

• O tempo desde quando a primeira porta de ponte entra no estado de escuta (e permanece lá através da reconfiguração subsequente) até quando a última ponte na LAN de ponte ouve a alteração na topologia ativa

  Além disso, você precisa contar o mesmo atraso que usa para calcular a idade máxima (sobreestimativa da idade da mensagem e atraso de propagação da BPDU).

• Tempo para que a última ponte pare de encaminhar quadros recebidos na topologia anterior (atraso máximo de interrupção da transmissão), até que o último quadro encaminhado na topologia anterior desapareça (duração máxima do quadro)

  Esse tempo é necessário para garantir que você não obtenha quadros duplicados.

Portanto, o dobro do tempo do atraso de encaminhamento (tempo de escuta + tempo de aprendizado) contém todos esses parâmetros. A fórmula é:

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 temporizadores de atraso máximo e de atraso de encaminhamento

Entre todos esses parâmetros, os únicos que você pode ajustar são:

Observação: sua capacidade de ajustar esses parâmetros depende da rede.

• hello—De 1 a 6

• max age

• retardo de encaminhamento

• Diâmetro — depende da rede.

Não modifique nenhum dos valores desta lista. Deixe esses valores no valor IEEE recomendado:

• lost_msg = 3

• delay_de_trânsito = 1

• bpdu_delay = 1

• msg_overEstimativa = 1

• Tx_halt_delay = 1

• med_access_delay = 0,5

• maximum_transmission_halt_delay = 1

Esses valores podem parecer bastante conservadores em uma rede moderna, na qual você provavelmente não perderá três BPDUs ou terá 1 segundo de latência para um quadro através de um switch. No entanto, lembre-se de que esses valores existem para evitar loops STP que podem ocorrer em condições de estresse, como:

• Muito alta utilização da CPU

• Uma porta sobrecarregada

Portanto, você deve considerar esses parâmetros como valores fixos. Se você usar as fórmulas que a seção Valores padrão dos temporizadores do Spanning Tree Protocol mostrar, você terá:

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

Esses cálculos deixam você com estas duas fórmulas finais (se você arredondar o valor 0,5):

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

Se quiser ajustar os temporizadores do STP para obter um melhor tempo de convergência, você precisa seguir rigorosamente essas duas fórmulas.

Exemplo: Se você tiver um diâmetro de quatro para uma rede em bridge, precisará usar estes parâmetros:

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 é o valor mais baixo. Não há como você ajustar esse parâmetro abaixo de 10 s para idade máxima e 8 s para atraso de encaminhamento se seu diâmetro for igual a quatro.

Redução do tempo de saudação para 1 segundo

Uma redução do tempo de saudação para 1 segundo é a maneira mais fácil e segura de diminuir os parâmetros do STP. No entanto, lembre-se de que se você soltar o tempo de saudação de 2 s para 1 s, você dobrará o número de BPDUs que são enviados/recebidos por cada bridge. Esse aumento causa uma carga adicional na CPU, que precisa processar duas vezes mais BPDUs. Essa carga pode ser um problema se você tiver várias VLANs e troncos.

Calcular o Diâmetro

O diâmetro depende completamente do projeto da rede. O diâmetro é o número máximo de switches que você cruza para conectar dois switches na rede em bridge (que inclui origem e destino), se você assumir os piores casos. Você não atravessa o mesmo switch duas vezes ao determinar o diâmetro. No diagrama da seção Cronômetros do Spanning Tree Protocol deste documento, você pode ver que tem um diâmetro de 5 (caminho F-E-B-A-C).

Agora, olhe para o diagrama nesta seção. O diagrama contém alguns switches de acesso (switches C, D e E) que se conectam a dois switches de distribuição (switches A e B). Há um limite da camada 3 (L3) entre os switches de distribuição e o núcleo. O domínio interligado é interrompido nos switches de distribuição. O diâmetro do STP é 5:

• C-A-D-B-E

• D-A-C-B-E

Você pode ver no diagrama que não há nenhum par de switches que forneça um diâmetro maior que 5.

Alterar os temporizadores do Spanning Tree Protocol

Como a seção Spanning Tree Protocol Timers menciona, cada BPDU inclui os temporizadores de hello, forward delay e max age STP. Uma bridge IEEE não está preocupada com a configuração local do valor dos temporizadores. A bridge IEEE considera o valor dos temporizadores na BPDU que a bridge recebe. Efetivamente, somente um temporizador configurado na bridge raiz do STP é importante. Se você perder a raiz, a nova raiz começa a impor seu valor de temporizador local em toda a rede. Assim, mesmo que você não precise configurar o mesmo valor de temporizador em toda a rede, você deve pelo menos configurar qualquer alteração de temporizador na bridge raiz e na bridge raiz de backup.

Se você usa um switch Cisco que executa o software Catalyst OS (CatOS), há algumas macros que permitem configurar a raiz e ajustar os parâmetros de acordo com as fórmulas. Execute o comando set spantree root vlan dia diâmetro hello hello_time para definir o diâmetro e o tempo de hello. Aqui está um exemplo:

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.

Se você tiver o diâmetro da rede STP configurado, o valor de diâmetro configurado não será exibido na configuração ou na saída de qualquer comando show.

Informações Relacionadas

• Páginas de Suporte de Produtos de LAN
• Página de suporte da switching de LAN
• Suporte Técnico e Documentação - Cisco Systems