PRACTICA 4.

Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingeniería.

Taller de Redes Avanzadas.

PRÀCTICA 4.  

 “Spanning Tree Protocol”

N.A.: Jiménez Sahagún Janeth Alejandra.

Código: 304345789.

 Sección: D02.

Profesor: Ing. Martínez Varela Alejandro.

________________________________________________________________

En esta ocasión verificaremos la funcionalidad de Spanning Tree Protocol. STP fué la primera manera en que se pudieron establecer conexiones múltiples de orden superior y así evitar que una falla en un enlace o equipo significara el aislamiento de segmentos de red.

Marco Teórico:

Spanning Tree Protocol.

STP es un protocolo de red de nivel 2 de la capa OSI. Está basado en un algoritmo diseñado por Radia Perlman. Hay 2 versiones del STP: la original (DEC STP) y la estandarizada por el IEEE (IEEE_802.1D), son incompatibles entre sí. En la actualidad, se utiliza exclusivamente la versión estandarizada por el IEEE.

Su función es la de gestionar la presencia de loops en topologías de red (necesarios para garantizar la disponibilidad de las conexiones). El protocolo permite a los dispositivos de interconexión activar o desactivar automáticamente los enlaces de conexión, de forma que se garantice que la topología está libre de loops.

STP es transparente a las estaciones de usuario. Los problemas aparecen cuando utilizamos dispositivos de interconexión de nivel de enlace, como un puente de red o un conmutador de paquetes que no soportan STP o que utilizan una versión inestable.

Funcionamiento.

Este algoritmo cambia una red física con forma de malla, en la que existen bucles, por una red lógica en árbol en la que no existe ningún bucle. Los puentes se comunican entre ellos información relativa a la topología de la red mediante mensajes de configuración llamados Bridge Protocol Data Units (B.P.D.U) con los que se puede tomar la decisión de activar y/o desactivar conexiones. 

El protocolo establece identificadores por puente "Bridge ID" y elige el que tiene la prioridad más alta (el número más bajo de prioridad numérica), como el bridge oswitch raíz. Esta decisión es de suma importancia, pues a partir de la elección del switch raíz se calcularán las trayectorias para la red. Cuando un switch se enciende, supone que es el switch raíz y envía las BPDU conteniendo su Bridge ID, el cual esta compuesto por la dirección MAC de sí mismo + el priority number.

El switch con el Bridge ID menor es designado como Raíz. El administrador de red puede configurar el "priority number" de un switch a un valor más pequeño que el del valor por defecto (32768 para switches Cisco), lo que hace que el Bridge ID sea más pequeño, de tal forma que se pueda designar un switch como raíz.

BPDU.

Los switches utilizan tramas especiales llamadas Bridge Protocol Data Units (BPDUs) para intercambiar información acerca de Bridge IDs y costos de trayectorias (root path costs).

Un puente envía una trama BPDU usando su MAC address como dirección fuente y como destino la dirección multicast01:80:C2:00:00:00 ahora en delante conocida como STP multicast address.

Hay 3 tipos de BPDUs:

1.    Configuration BPDU (CBPDU), utilizada para el cómputo del Spanning Tree.

2.    Topology Change Notification (TCN) BPDU, utilizada para anunciar cambios de topología.

3.    Topology Change Notification Acknowledgment (TCA), Confirmación de TCN.

Las BPDUs son enviadas de forma regular (por default cada dos segundos).

Cuando un dispositivo de red se conecta a un puerto del puente/switch este no envía datos de forma instantánea, en vez se comienza el proceso para determinar primero como se afecta la topología  y finalmente elegir el estado en que quedará el puerto.

Estado de los puertos.

Los estados en los que puede estar un puerto son los siguientes:

Bloqueo: En este estado sólo se pueden recibir BPDU's. Las tramas de datos se descartan y no se actualizan las tablas de direcciones MAC(mac-address-table).

Escucha: A este estado se llega desde Bloqueo. En este estado, los switches determinan si existe alguna otra ruta hacia el puente raíz. En el caso que la nueva ruta tenga un coste mayor, se vuelve al estado de Bloqueo. Las tramas de datos se descartan y no se actualizan las tablas ARP. Se procesan las BPDU.

Aprendizaje: A este estado se llega desde Escucha. Las tramas de datos se descartan pero ya se actualizan las tablas de direcciones MAC(aquí es donde se aprenden por primera vez). Se procesan las BPDU.

Envío: A este estado se llega desde Aprendizaje. Las tramas de datos se envían y se actualizan las tablas de direcciones MAC (mac-address-table). Se procesan las BPDU.

Desactivado: A este estado se llega desde cualquier otro. Se produce cuando un administrador deshabilita el puerto o éste falla. No se procesan las BPDU.

Objetivo:

Configurar un switch para que funcione en spanning tree y aprender el funcionamiento lógico del switch en las diferentes situaciones de la conexión o desconexión de los switches.

Material:

-3 Laptop con interfaz Ethernet y puerto serial RS-232C

-3 Switches Cisco CS-1912-A

-3 Cables cruzados UTP/Ethernet

-3 Cables derechos UTP

Desarrollo de la práctica.

Para esta práctica necesitamos conectarnos al switch mediante la computadora, utilizando el programa PUTTY. Una vez conectados, debemos modificar su nombre, IP, etc. Además debemos conectarnos al switch de otro equipo, que también debe tener modificado el IP y el nombre con los datos que nos dio el maestro.

Después de tener la configuración pretendida en el switch y en la computadora, se hace ping hacia todas las terminales de la maqueta, identificando el switch root, el cual tenía MAC address x y estaba identificado por un puerto ya sea el b o el a y no tenía ningún puerto bloqueado.

Se verificó que funcionará el STP, haciendo ping indefinido a las computadoras, al inicio se estaban recibiendo los paquetes, pero al desconectar el cable que iba al switch root, vemos que se pierden algunos de estos, pero gracias al funcionamiento del spanning tree se logro recuperar la conexión. Al desconectar el cable el root port cambia. Una vez que conectamos de nuevo el cable, automáticamente recupera el root port que teníamos desde un principio.

Se utilizo el diagrama de red siguiente para la realización de la práctica, el cual consta de 3 switches conectados por medio de un cable cruzado en el puerto 100 base T (Ay B en el CS-1912-A), las computadoras están conectadas a cada switch por medio de un cable utp de configuración directa y por medio del puerto serial para su configuración.

Maqueta Propuesta.

Maqueta armada.

Configuración de la PC y el switch.

Se verifica la conectividad:

• Comando ping de PC1 a PC2 y PC3.
• Comando ping de PC1, 2 y 3 a SW1, 2 y 3.   

Verificamos el funcionamiento de STP.

Identificación del switch root.

      Cambio de la configuración de los puertos de interconexión del default RSTP a STP.

      Forcé el cambio de topología para verificar la funcionalidad de STP (desconecte el enlace activo en el switch root y utilice el comando "ping" en modo recursivo).

      Registre los tiempos de convergencia y recuperación con un cronometro.

El tiempo en este caso fue de 33 segundos.

  

      Cambie el switch raíz modificando el parametro "priority number"
Registre el tiempo de cambio del switch raíz.

El tiempo en este caso fue de 28 segundos.

      Conclusiones:

      En esta práctica llevamos a cabo la implementación del protocolo Spanning Tree, el cual consiste en la interconexión de switches en forma de loop pero teniendo internamente una conexión libre de bucles, puesto que se bloquean algunos puertos gracias a dicho protocolo, así si llega a fallar algún nodo los switches se re-configuran automáticamente para que la red no llegue a caerse, sin embargo, el cambió no es inmediato y tiene un retardo aun utilizando Fast Forwading, por lo que si la conexión es muy importante, se pueden perder gran cantidad de datos.