Spanning Tree Protocol

Marco teórico 

Las conexiones redundantes van generalmente en contra del espíritu Ethernet. Sin embargo, en muchas aplicaciones, por motivos de seguridad o robustez, este tipo de conexión se vuelve indispensable para garantizar la disponibilidad de los enlaces y con ello la comunicación entre los distintos dispositivos que componen una red.

Recordemos que en teoría de grafos, un árbol de expansión T (Spanning Tree) es aquel que contiene todos los vértices y [por lo menos] un subconjunto de las aristas de un Grafo no dirigido G de tal forma que no se formen bucles. Cuando la suma de las ponderaciones de las aristas es la más pequeña posible se habla de un Árbol de Expansión mínima. Y es precisamente este tipo de árbol el que utiliza el prtocolo STP.

El protocolo Spanning Tree fue Desarrollado por Radia Perlman para DEC. Existen dos versiones de él, el original, casi en desuso, y el descrito en el estándar IEEE 802.1D. El principal objetivo del algorítmo, tal como lo describe CISCO en su página web es:

 Prevenir la fomración de bucles cuando swtiches y bridges están conectados entre sí a trvés de múltiples caminos

La idea es entonces elegir un nodo raiz y construir un árbol a partir de él, idéntificando la jerarquía de los nodos en el árbol mediante el intercambio de BPDU´s entre ellos para idéntificar enlaces redundantes y deshabiltarlos incrementando asi la eficiencia de la red.

De esta forma los enlaces pueden pasar por diversos estados:

Deshabilitado (Disabled):

Sucede cuando existen problemas con el enlace o este ha sido desactivado por el administrador.

Escuchando (Listening):

Se pasa por este estado cuando el puerto se inicializa o deja de recibir BPDU´s durante cierto tiempo. Es en este estado en el que se selecciona el bridge raiz y se empiezan a construir las tablas de direccionamiento.

Aprendiendo (Learning):

Cuando un puerto es designado como raíz durante 15 segundos entra a este estado. En él se siguen construyendo las tablas de direcciones.

Forwarding/Blocking (Envio/Bloqueo):

Se llega a este estado desde el aprendizaje, se impide que los puertos que crean un bucle en la red transmitan o reciban información. El resto lo hace de manera normal pero sin descuidar los BPDUs en caso de que se requiera alguna reestructuración en la topología básica de la red.

Desarrollo de la práctica

Los materiales utilizados en esta práctica fueron:

  • 3 laptops con puertos USB disponibles
  • Adaptador USB-RS232C (DB9)
  • Cable consola de Cisco
  • 3 cables cruzados UTP para ethernet
  • 3 cables derechos UTP para ethernet
  • 3 Switches Cisco CS-1912-A

El primer paso fue  armar la topología de red mostrada en la figura 1

figura 1
figura 1

Para combprobar la conectividad de la red ejectuamos el comando ping de  cada una de las laptops al resto. Por ejemplo, desde 148.202.10.11 ejectutamos

ping 148.202.10.12

ping 148.202.10.13

Para comporbar el funcionamiento de STP primero debemos identificar el switch raíz. Para ello en la configuración de Spanning Tree del switch identficamos los campos “Bridge ID” y “Designated Root”. El switch en el que ambos campos coincidan es el switch raíz, que en nuestro caso fue el de la dirección 148.202.10.1 (en adelante switch 1).

Hasta este punto, el protocolo STP había determinado deshabilitar el enlace entre los switches con las direcciones 148.202.10.2 y 148.202.10.3 (en adelante switch 2 y 3 respectivamente) como se muestra en la figura 2.

figura 2
figura 2

Al desconectar en enlace que unía los switches 1 y 2, el protocolo STP entró en operación y observamos como se perdió la conexión -monitoreada con un ping recursivo- y se recuperó despues de aproximadamente 50 segundos. En ese momento, el puerto del switch 3 que anteriormente estaba bloqueado, se habilitó automáticamente.

Posteriormente, se re-conecto el enlace que habíamos quitado, despuéss de 5 segundos la conexión se perdió debido al proceso de cálculo del árbol STP, restableciendose 31 segundos después.

Por último, ingresamos a la configuración del switch 1, que hasta el momento era el switch raíz , para cambiar la prioridad del dispositivo, es decir el campo “Bridge priority”.  Así, la conexión se perdió y después de 29 segundos el swicth 3 se convirtió en el nuevo switch raíz.

Conclusiones

El protocolo STP representa una solución muy eficiente a algunos de los problemas inherentes al estandar Ethernet, permitiendonos diseñar topologías de red más robustas y confiables que diagnostican y reparan sus fallas de manera autónoma y que es además de fácil implementación.

 

 

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