WIKI CNOC

Protocolo STP y Relacionados [Editar]

Introducción a STP

El Spanning Tree Protocol (STP) es un protocolo estándar de la capa 2 del modelo OSI desarrollado para garantizar la conectividad sin bucles en redes LAN con múltiples enlaces redundantes. Los bucles pueden generar tormentas de broadcast, pérdida de paquetes y congestión en la red. STP desactiva enlaces redundantes seleccionados, manteniendo la conectividad entre los nodos de la red.

Características Principales de STP

• Prevención de bucles: Identifica y desactiva automáticamente los enlaces redundantes para evitar bucles en la red.
• Redundancia: Los enlaces desactivados por STP permanecen en espera. Si un enlace activo falla, STP reactiva el enlace redundante.
• Estados de los puertos:
  • Blocking: Bloquea tráfico para evitar bucles.
  • Listening: Escucha BPDUs para definir roles de puertos.
  • Learning: Aprende direcciones MAC.
  • Forwarding: Reenvía tráfico y aprende direcciones MAC.
  • Disabled: Puerto inactivo o administrativamente deshabilitado.
• Elección del puente raíz (Root Bridge):
  • STP selecciona un Root Bridge (puente raíz) en la red, basado en la combinación de prioridad y dirección MAC.
  • El Root Bridge es el switch de referencia para determinar el camino más corto hacia cada segmento.

¿Por qué es importante STP?

Ventajas de STP

• Estabilidad de la red: Evita problemas asociados con bucles.
• Recuperación automática: Reactiva enlaces redundantes en caso de fallas.
• Compatibilidad: Funciona en redes multivendor que siguen el estándar IEEE 802.1D.

Limitaciones de STP

• Tiempo de convergencia: Las redes con STP tradicional pueden tardar hasta 50 segundos en converger.
• Limitación en redes grandes: No es escalable en grandes infraestructuras.
• Mejoras necesarias: Variantes como RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) y MSTP (Multiple Spanning Tree Protocol) optimizan sus limitaciones.

Casos de Uso de STP

• Redes empresariales LAN: Implementado en switches para evitar bucles cuando se utilizan enlaces redundantes.
• Data Centers: Garantiza conectividad estable en redes de alta disponibilidad con múltiples rutas.
• Proveedores de servicios (ISP): Utilizado para mantener la redundancia y la recuperación automática de enlaces en redes de clientes.

Roles y Estados de los Puertos en STP [Editar]

Roles de los Puertos

Una vez seleccionado el Root Bridge, STP asigna un rol a cada puerto de los switches conectados en la red:

1. Root Port (RP):
   • Es el puerto que tiene el camino más corto hacia el Root Bridge.
   • Solo hay un Root Port por switch no raíz.
2. Designated Port (DP):
   • Es el puerto que conecta un segmento a la red y reenvía el tráfico hacia el Root Bridge.
   • Cada segmento debe tener un único Designated Port.
3. Blocked Port:
   • Permanecerá inactivo para evitar bucles.
   • Solo escucha BPDUs, pero no reenvía tráfico.

[Switch] display stp brief
       

Interface   Role         State      Path Cost
Gig0/0/1    Root Port    Forwarding 20000
Gig0/0/2    Designated   Forwarding 20000
Gig0/0/3    Alternate    Blocking   20000
       

Estados de las Interfaces STP

Los puertos de los switches pasan por varios estados según su rol para garantizar que no existan bucles en la red:

Estados del Protocolo STP [Editar]

1. Blocking

Escenario: Un puerto en un switch detecta un enlace redundante en la red y entra en estado Blocking para evitar bucles.

Verificación en Huawei:

[Switch] display stp brief
   

Salida esperada:

Interface           Role          State      Path Cost
GigabitEthernet0/0/1 Alternate     Blocking   20000
   

2. Listening

Escenario: Después de un cambio en la topología, un puerto pasa al estado Listening para determinar si se convertirá en un puerto Root o Designated.

Verificación en Huawei:

[Switch] display stp brief
   

Salida esperada:

Interface           Role          State      Path Cost
GigabitEthernet0/0/2 Designated    Listening  20000
   

3. Learning

Escenario: El puerto ahora comienza a aprender las direcciones MAC de los dispositivos conectados a la red, pero aún no envía ni reenvía tráfico de datos.

Verificación en Huawei:

[Switch] display stp brief
   

Salida esperada:

Interface           Role          State      Path Cost
GigabitEthernet0/0/3 Designated    Learning   20000
   

4. Forwarding

Escenario: El puerto alcanza el estado final de Forwarding, donde puede reenviar tráfico y seguir aprendiendo direcciones MAC.

Verificación en Huawei:

[Switch] display stp brief
   

Salida esperada:

Interface           Role          State      Path Cost
GigabitEthernet0/0/4 Designated    Forwarding 20000
   

5. Disabled

Escenario: Un puerto ha sido administrativamente deshabilitado o está fuera de servicio.

Verificación en Huawei:

[Switch] display stp brief
   

Salida esperada:

Interface           Role          State      Path Cost
GigabitEthernet0/0/5 Disabled      Disabled   0
   

Tipos de BPDU (Bridge Protocol Data Units) [Editar]

Las BPDU son mensajes críticos en el funcionamiento de STP (Spanning Tree Protocol), ya que permiten que los switches compartan información topológica para evitar bucles y mantener la red estable.

1. Configuration BPDU

• ¿Qué son? Estas BPDU contienen información clave sobre la topología, como:
  • Root Bridge ID: Identificador único del switch raíz.
  • Coste al Root Bridge: Distancia (en coste acumulado) desde el emisor al Root Bridge.
  • Rol del puerto: Determina si el puerto es Root, Designated, o Alternate.
• Propósito:
  • Identificar y seleccionar el Root Bridge.
  • Mantener la estructura activa del árbol de expansión en la red.
• Frecuencia de envío: Los Configuration BPDU se envían de forma periódica cada 2 segundos por el switch que actúa como Root Bridge.
• Ejemplo práctico: Cuando un switch se enciende, envía Configuration BPDU para verificar si puede convertirse en Root Bridge o si hay un Root Bridge existente.

2. Topology Change Notification (TCN)

• ¿Qué son? Estas BPDU notifican a los switches de la red sobre un cambio topológico, como:
  • Un enlace caído o un enlace recién establecido.
  • Un puerto activado o desactivado.
• Propósito:
  • Informar al Root Bridge de cambios en la topología para que este ajuste los tiempos de reenvío (Forward Delay).
  • Ayudar a que la red converge más rápidamente.
• Flujo de la notificación:
  • El switch afectado envía un TCN BPDU hacia el Root Bridge a través de su puerto Root.
  • El Root Bridge, al recibir la notificación, envía Configuration BPDU actualizadas para propagar el cambio a toda la red.
• Ejemplo práctico: Si un enlace se interrumpe, el switch más cercano al evento envía un TCN para notificar al Root Bridge y recalcular la topología.

Comando para Verificar BPDU en Huawei

En switches Huawei, puedes verificar el estado y los mensajes BPDU usando el siguiente comando:

[Switch] display stp bpdu
   

Propósito: Este comando permite observar detalles sobre los BPDU enviados y recibidos por el switch, lo que es útil para diagnosticar problemas de STP.

[Switch] display stp bpdu
BPDU Information:
------------------------------------------------------------------
Interface           Sent BPDUs      Received BPDUs
------------------------------------------------------------------
GigabitEthernet0/0/1     1234               1290
GigabitEthernet0/0/2     1456               1378
------------------------------------------------------------------
       

Explicación de la salida:

• Sent BPDUs: Número de BPDU enviados por la interfaz.
• Received BPDUs: Número de BPDU recibidos por la interfaz.

Ejemplo de Configuración Práctica de STP en Huawei [Editar]

1. Configuración básica de STP en un switch Huawei

[Switch] stp enable
[Switch] stp mode stp
   

Propósito: Habilitar STP en el switch y asegurarse de que utiliza el protocolo estándar (802.1D).

2. Verificar información de BPDU

[Switch] display stp bpdu
   

Propósito: Visualizar detalles sobre los mensajes BPDU enviados y recibidos por el switch.

3. Forzar un switch como Root Bridge

[Switch] stp priority 4096
   

Propósito: Reducir la prioridad del switch para garantizar que sea seleccionado como el Root Bridge en la red.

4. Configurar un puerto como borde para evitar el envío innecesario de BPDU

[Switch] interface GigabitEthernet0/0/1
[Switch-GigabitEthernet0/0/1] stp edged-port enable
   

Propósito: Configurar el puerto como borde para acelerar la convergencia y evitar que se envíen BPDU innecesarias a dispositivos finales.

Relación entre Configuration BPDU y TCN

Nota: La correcta configuración y monitoreo de las BPDU es clave para garantizar una red sin bucles y con tiempos de convergencia mínimos.

Proceso de Convergencia de STP [Editar]

1. Selección del Root Bridge

STP utiliza las Configuration BPDU para seleccionar el Root Bridge. El switch con la menor Bridge ID (compuesta por prioridad + dirección MAC) será elegido como el Root Bridge.

Comando para verificar el Root Bridge en Huawei:

[Switch] display stp
   

Salida esperada:

Spanning tree enabled mode : STP
Root Bridge ID : 4096.00e0.fc12.3456
Bridge ID : 8192.00e0.fc56.7890
   

• Root Bridge ID: Identificador del Root Bridge actual.
• Bridge ID: Identifica el switch local y permite comparar prioridades.

2. Determinación de Roles de Puertos

Cada puerto en un switch asume uno de los siguientes roles:

• Root Port (RP): Mejor camino hacia el Root Bridge (menor costo).
• Designated Port (DP): Mejor camino hacia un segmento de red.
• Blocked Port: Inactivo para evitar bucles.

Comando para verificar roles de puerto en Huawei:

[Switch] display stp brief
   

Salida esperada:

Spanning tree enabled mode : STP
Port                 Role       State      Cost     Priority
------------------------------------------------------------
GE0/0/1              Root       Forwarding 20       128
GE0/0/2              Designated Forwarding 20       128
GE0/0/3              Alternate  Blocking   200      128
   

3. Transición de Estados de Puertos

Comando para verificar el estado de los puertos en Huawei:

[Switch] display stp port
   

Salida esperada:

Port                Role       State       Cost
------------------------------------------------
GE0/0/1             Root       Forwarding  20
GE0/0/2             Designated Forwarding 20
GE0/0/3             Alternate  Blocking    200
   

4. Reactivación Automática de Enlaces Redundantes

Cuando un enlace activo falla, STP reactiva enlaces redundantes automáticamente para mantener la conectividad.

Comando para verificar cambios topológicos en Huawei:

[Switch] display stp topology-change
   

Salida esperada:

Topology change count : 5
Last topology change occurred : 00:05:43
   

• Topology change count: Número total de cambios en la topología.
• Last topology change occurred: Tiempo transcurrido desde el último cambio.

5. Cálculo del Coste de los Caminos

STP utiliza el Path Cost para determinar el mejor camino hacia el Root Bridge. Este coste depende del ancho de banda del enlace:

Ejemplo práctico: Configuración del Path Cost en Huawei

[Switch] interface GigabitEthernet0/0/1
[Switch-GigabitEthernet0/0/1] stp cost 10
   

Validaciones Adicionales para la Convergencia [Editar]

1. Verificar Convergencia Completa

Para confirmar que la red ha alcanzado un estado estable:

    [Switch] display stp state
   

2. Forzar un Switch como Root Bridge

En caso de que desees que un switch sea siempre el Root Bridge, reduce su prioridad:

    [Switch] stp priority 4096
   

3. Configurar un Puerto como Puerto Borde

Para acelerar la convergencia en puertos conectados a hosts finales:

    [Switch] interface GigabitEthernet0/0/1
   [Switch-GigabitEthernet0/0/1] stp edged-port enable
   

Nota: Esto previene que el puerto pase por los estados Blocking, Listening y Learning.

Resumen de Comandos

Ejemplo Práctico de Configuración Básica de STP en Huawei

    # Habilitar STP globalmente
   [Switch] stp enable
    # Configurar prioridad del switch para asegurar que sea el Root Bridge
   [Switch] stp priority 4096
    # Configurar el coste de un puerto para influir en la selección del Root Port
   [Switch] interface GigabitEthernet0/0/1
   [Switch-GigabitEthernet0/0/1] stp cost 10
    # Verificar el estado de STP en el switch
   [Switch] display stp brief
   

Configuración Básica de STP [Editar]

Configuración en Switches Huawei

Habilitar STP y Configuración Básica:

# Configurar el modo de STP
 system-view
[Huawei] stp enable
[Huawei] stp mode stp
# Configurar prioridad del puente raíz para VLAN 1
[Huawei] stp vlan 1 priority 4096
# Verificar el estado de STP
[Huawei] display stp brief
   

Configurar el Puerto como Edge:

[Huawei] interface GigabitEthernet0/0/1
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] stp edged-port enable
   

Configuración en Switches Cisco

Habilitar STP y Configurar Root Bridge:

# Habilitar STP
Switch(config)# spanning-tree mode pvst
# Configurar prioridad para Root Bridge
Switch(config)# spanning-tree vlan 1 priority 4096
# Verificar estado de STP
Switch# show spanning-tree
   

Configurar Puerto como Edge (Cisco):

Switch(config)# interface GigabitEthernet0/1
Switch(config-if)# spanning-tree portfast
   

Variantes de STP [Editar]

El protocolo STP cuenta con varias variantes diseñadas para mejorar su rendimiento, tiempo de convergencia y compatibilidad con diferentes entornos de red. Las más comunes son RSTP y MSTP.

RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol)

¿Qué es?

RSTP es una mejora del protocolo original STP, que ofrece una convergencia más rápida tras un cambio topológico. En lugar de esperar a que los puertos pasen por todos los estados (Blocking → Listening → Learning → Forwarding), RSTP permite una transición más directa.

Configuración de RSTP

En Huawei

# Habilitar RSTP en el switch
[Huawei] stp mode rstp
# Configurar un puerto como Edge Port
[Huawei] interface GigabitEthernet0/0/1
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] stp edged-port enable

En Cisco

# Habilitar RSTP con PVST (Per VLAN Spanning Tree)
Switch(config)# spanning-tree mode rapid-pvst
# Configurar un puerto como Edge Port
Switch(config)# interface gigabitethernet 1/0/1
Switch(config-if)# spanning-tree portfast

Verificación de RSTP

En Huawei

# Verificar el estado de los puertos
[Huawei] display stp brief
# Mostrar cambios en la topología
[Huawei] display stp topology-change

Configuración de RSTP

En Huawei

1. Habilitar RSTP en el Switch

[Huawei] stp mode rstp

2. Verificar el Modo de STP

[Huawei] display stp

Spanning tree enabled mode : RSTP
Root Bridge ID : 4096.00e0.fc12.3456
   

3. Configurar un Puerto como Edge Port

[Huawei] interface GigabitEthernet0/0/1
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] stp edged-port enable

En Cisco

1. Habilitar RSTP con PVST (Per VLAN Spanning Tree)

Switch(config)# spanning-tree mode rapid-pvst

2. Configurar un Puerto como Edge Port

Switch(config)# interface gigabitethernet 1/0/1
Switch(config-if)# spanning-tree portfast

Verificación de RSTP

En Huawei

1. Verificar el Estado de los Puertos

[Huawei] display stp brief

Port                 Role       State      Cost     Priority
------------------------------------------------------------
GE0/0/1              Root       Forwarding 20       128
GE0/0/2              Designated Forwarding 20       128
   

2. Mostrar Cambios en la Topología

[Huawei] display stp topology-change

MSTP (Multiple Spanning Tree Protocol) [Editar]

¿Qué es?

MSTP (Multiple Spanning Tree Protocol) es una extensión de STP que permite agrupar múltiples VLAN en instancias específicas, optimizando el uso de recursos y mejorando el rendimiento en redes con muchas VLAN.

Características Clave de MSTP

1. Reducción de Recursos

• En lugar de ejecutar una instancia STP por cada VLAN (como en PVST), MSTP agrupa varias VLAN en una sola instancia, disminuyendo el consumo de CPU y memoria.

2. Compatibilidad con RSTP y STP

• MSTP es compatible con dispositivos que ejecutan RSTP o STP, permitiendo una transición fluida entre redes heterogéneas.

3. Mejor Escalabilidad

• Ideal para entornos empresariales con un gran número de VLAN, facilitando la gestión de la red.

Configuración Básica de MSTP

1. Configuración en Huawei

# Habilitar MSTP en el switch
[Huawei] stp mode mstp
# Configurar el nombre de la región y nivel de revisión
[Huawei] stp region-configuration
[Huawei-mst-region] name Region1
[Huawei-mst-region] revision-level 1
# Asignar VLANs a instancias
[Huawei-mst-region] instance 1 vlan 10 to 20
[Huawei-mst-region] instance 2 vlan 30 to 40
# Salir del modo de configuración de la región
[Huawei-mst-region] quit
# Activar la configuración MSTP
[Huawei] stp active region-configuration

2. Configuración en Cisco

# Habilitar MSTP
Switch(config)# spanning-tree mode mst
# Configurar el nombre de la región y nivel de revisión
Switch(config)# spanning-tree mst configuration
Switch(config-mst)# name Region1
Switch(config-mst)# revision 1
# Asignar VLANs a instancias
Switch(config-mst)# instance 1 vlan 10-20
Switch(config-mst)# instance 2 vlan 30-40
Switch(config-mst)# exit

Verificación de MSTP

En Huawei

# Mostrar el estado de MSTP
[Huawei] display stp brief
# Verificar la configuración de la región MST
[Huawei] display stp region-configuration

En Cisco

# Mostrar el estado de MSTP
Switch# show spanning-tree mst summary
# Verificar la asignación de VLANs a instancias
Switch# show spanning-tree mst configuration

Ejemplo Práctico

Si tienes una red con VLANs del 10 al 40, puedes agruparlas en dos instancias (Instance 1 y Instance 2) para optimizar el uso de STP.

Configuración de MSTP [Editar]

En Huawei

1. Habilitar MSTP

[Huawei] stp mode mstp

2. Crear una Región MSTP

[Huawei] stp region-configuration
[Huawei-mst-region] region-name MY_REGION
[Huawei-mst-region] revision-level 1
[Huawei-mst-region] instance 1 vlan 10 to 20
[Huawei-mst-region] instance 2 vlan 30 to 40
[Huawei-mst-region] active

3. Asignar un Switch como Root para una Instancia

[Huawei] stp instance 1 priority 4096

En Cisco

1. Habilitar MSTP

Switch(config)# spanning-tree mode mst

2. Configurar Región MST

Switch(config)# spanning-tree mst configuration
Switch(config-mst)# name MY_REGION
Switch(config-mst)# revision 1
Switch(config-mst)# instance 1 vlan 10-20
Switch(config-mst)# instance 2 vlan 30-40
Switch(config-mst)# exit
Switch(config)# spanning-tree mst instance 1 root primary

Verificación de MSTP

En Huawei

1. Mostrar Estado de las Instancias

[Huawei] display stp brief

2. Verificar las VLAN Asignadas a las Instancias

[Huawei] display stp region-configuration

En Cisco

1. Verificar el Estado de MSTP

Switch# show spanning-tree mst

2. Visualizar Información de una Instancia

Switch# show spanning-tree mst 1

Comparativa de las Variantes de STP [Editar]

Resolución de Problemas

La convergencia en una red basada en STP implica que todos los puertos relevantes alcancen un estado estable (Forwarding o Blocking) sin bucles o fluctuaciones innecesarias. A continuación, se presentan las mejores prácticas para detectar problemas de convergencia, diagnosticar sus causas y solucionarlos.

1. Detectar Problemas de Convergencia

1.1 Revisar el Estado General de STP

[Huawei] display stp brief

Interpretación:

• Cada puerto debe estar en estado Forwarding o Blocking.
• El puerto con el rol Root indica el camino hacia el Root Bridge.
• Cualquier puerto en un estado diferente podría indicar problemas de convergencia.

Salida de ejemplo:

MSTID   Port                 Role     STP State     Protection
   0    GigabitEthernet0/2/0  DESI    FORWARDING    LOOP
   0    GigabitEthernet0/2/2  ROOT    FORWARDING    LOOP
   0    GigabitEthernet0/2/8  DESI    FORWARDING    LOOP

1.2 Verificar Topología Cambiante

[Huawei] display stp topology-change

Interpretación:

• "Time since last topology change" debe ser estable. Cambios frecuentes indican problemas de enlaces o configuraciones.
• Revisa "Topology change initiator" para identificar el puerto que inicia los cambios.

Salida de ejemplo:

CIST topology change information
  Number of topology changes             :3171
  Time since last topology change        :0 days 10h:0m:32s
  Topology change initiator(notified)    :GigabitEthernet0/2/2

1.3 Verificar BPDU y Estadísticas de Cambios

[Huawei] display stp tc-bpdu statistics history

Interpretación:

• "TC(Send/Receive)" y "BPDU Sent/Received" deben mostrar valores consistentes. Un incremento constante indica inestabilidad.

Salida de ejemplo:

MSTID Port                 TC(Send/Receive)   BPDU Sent/Received
0     GigabitEthernet0/2/0  7682/526           7179947/354254