¿Qué es STP?
STP (Spanning Tree Protocol) es un protocolo de red de nivel 2 de la capa OSI (nivel de enlace de datos). Permite a los dispositivos de interconexión activar o desactivar automáticamente los enlaces de conexión, asegurando que la topología de la red esté libre de bucles.
¿Por qué es importante STP?
Los bucles infinitos ocurren cuando existen rutas alternativas hacia una misma máquina o segmento de red destino. Estas rutas alternativas, aunque necesarias para proporcionar redundancia y mayor fiabilidad, pueden causar problemas si no se gestionan correctamente.
STP evita la formación de bucles en una red jerárquica que implementa enlaces redundantes. Utiliza distintos estados de puertos y temporizadores para evitar la generación de bucles.
Cómo funciona STP
STP utiliza un algoritmo para determinar la función de cada puerto de switch. Los puertos más cercanos al puente raíz se convierten en puertos raíz. Los puertos restantes compiten por la función de designado o no designado.
Redundancia
En un diseño jerárquico, la redundancia se logra en las capas de distribución y núcleo a través de hardware adicional y rutas alternativas entre dicho hardware.
Tormentas de Broadcast
Una tormenta de broadcast se produce cuando existen tantas tramas de broadcast atrapadas en un bucle de Capa 2 que se consume todo el ancho de banda disponible. Esto impide el tráfico legítimo y la red queda inoperativa.
Componentes de STP
Algoritmo STP
- Puertos raíz: Conectan directamente al puente raíz.
- Puertos designados: Conectan a segmentos de red que no son parte del árbol de expansión.
- Puertos no designados: Bloqueados para evitar bucles.
Campos BPDU
La trama de BPDU (Bridge Protocol Data Unit) contiene 12 campos distintos que se utilizan para transmitir información de prioridad y de ruta que STP necesita para determinar el puente raíz y las rutas al mismo.
Estados de los puertos
- Bloqueo: El puerto está bloqueado y no transmite ni recibe datos.
- Escuchar: El puerto escucha BPDUs pero no transmite datos.
- Aprender: El puerto aprende direcciones MAC pero no transmite datos.
- Enviar: El puerto está activo y transmite y recibe datos.
Temporizadores de BPDU
La cantidad de tiempo que un puerto permanece en los distintos estados depende de los temporizadores de BPDU. Solo el switch con función de puente raíz puede enviar información a través del árbol para ajustar los temporizadores.
- Tiempo de saludo: Tiempo entre envíos de BPDUs (predeterminado: 2 segundos).
- Retraso en el envío: Tiempo que transcurre en los estados de escuchar y aprender (predeterminado: 15 segundos).
- Antigüedad máxima: Tiempo máximo que un puerto guarda información de la configuración de la BPDU (predeterminado: 20 segundos).
Conceptos relacionados con STP
CSMA/CD
Las señales de Ethernet se transmiten a todos los hosts conectados a la LAN mediante un conjunto de normas especiales que determinan cuál es la estación que puede tener acceso a la red. Este conjunto de normas se basa en la tecnología de acceso múltiple por detección de portadora y detección de colisiones (CSMA/CD) IEEE.
CSMA/CD se utiliza solo con la comunicación half-duplex, que se encuentra en los hubs. Los switches full-duplex no utilizan CSMA/CD.
FCS (Frame Check Sequence)
El Frame Check Sequence es un conjunto de bits adjuntos al final de la trama Ethernet utilizado para verificar la integridad de la información recibida. Si la checksum calculada por la estación receptora no coincide con la que adjunta la estación transmisora, la trama se descarta.
Dominios de Colisión
Al expandir una LAN Ethernet, aumenta la posibilidad de que se produzcan colisiones. Para reducir el número de nodos en un segmento de red, se pueden crear segmentos físicos individuales, llamados dominios de colisión. Todos los entornos de medios compartidos, como aquellos creados mediante el uso de hubs, son dominios de colisión.
Los switches crean una conexión dedicada para cada host conectado, evitando colisiones.
Dominios de Broadcast
Los switches filtran la mayoría de las tramas según las direcciones MAC, pero no las tramas de broadcast. Para que otros switches de la LAN obtengan tramas de broadcast, éstas deben ser reenviadas por switches. Una serie de switches interconectados forma un dominio de broadcast simple.
Los routers y las VLAN se utilizan para segmentar los dominios de colisión y de broadcast.
Auto-MDIX
Cuando la función auto-MDIX se habilita, el switch detecta el tipo de cable requerido para las conexiones Ethernet de cobre y configura las interfaces respectivamente. Esto permite utilizar un cable cruzado o un cable de conexión directa para las conexiones a un puerto 10/100/1000 de cobre en el interruptor, sin importar el tipo de dispositivo en el otro extremo de la conexión.