Spanning Tree

Uno Spanning Tree è un albero che connette la rete

Grandi Reti

Lo Spanning Tree Protocol si applica principalmente in reti grandi

  • Maggiore affidabilità
  • Collegamenti ridondanti
  • Broadcast Storm (Tempesta di Broadcast)

Metodi per evitare i loop

  • Rimuovere i collegamenti che producono cicli
  • Applicare un algoritmo di Spanning Tree

IEEE 802.1D

  • Architettura delle LAN/MAN
  • Connessione tra LAN/MAN/WAN
  • Sicurezza del collegamento
  • Gestione globale della rete

Funzionamento

  • Definisce un albero di ricoprimento (Spanning Tree)
  • Blocca alcune interfacce per evitare i cicli
  • Riconfigura la rete se la topologia cambia
  • Utilizza delle BPDU (Bridge Protocol Data Units)

Root Bridge

Viene eletto un nodo radice

È il nodo con priorità minima, in caso di parità quello col MAC minore

BPDU

Bridge Protocol Data Units

  • Protocol ID/Version ID/Type
  • Flags: Topology Change Notification
  • Root ID: 2byte per la priorità + 6byte di MAC
  • Path Cost: Costo per raggiungere il Root
  • Bridge ID: Identificativo dello switch che trasmette la BPDU
  • Port ID: Identificativo della porta (1B di priorità + 1B per il numero)
  • Message Age: Tempo dalla creazione della BPDU
  • Max Age: Tempo massimo prima di scartare la BPDU
  • Hello Time: Tempo tra due BPDU
  • Forward delay: Tempo in cui rimanere in listening/learning

Path Cost

Il valore del Path Cost viene calcolato utilizzando i seguenti valori

BandaSTP Path Cost (802.1d-2004)
4 Mbit/s5.000.000
10 Mbit/s2.000.000
16 Mbit/s1.250.000
100 Mbit/s200.000
1 Gbit/s20.000
2 Gbit/s10.000
10 Gbit/s2.000

Stati delle porte

  • Disabled: l'amministratore ha spento la porta
  • Blocking: la porta può solo ricevere le BPDU
  • Listening: ascolta per BPDU migliori
  • Learning: non invia o riceve dati ma apprende gli indirizzi
  • Forwarding: la porta è in uno stato attivo

Algoritmo

  • Viene scelto lo switch con Root ID minimo per diventare il Root Bridge attraverso delle BPDU
  • Il Root Bridge invia delle BPDU per costruire lo Spanning Tree, ogni non-Root Bridge sceglie una Root Port
  • Per ogni segmento vengono scelte le designated port e le blocked port

Modifica della topologia

Se non vengono ricevute delle BPDU entro il tempo limite, si verifica un errore e si ripete l'elezione del Root Bridge

Se si connette un nuovo nodo alla rete, viene inviato una BPDU con la flag TCN (Topology Change Notification)

In questi casi il Root Bridge ripropone l'elezione e informa del cambiamento

Tempi dell'STP

Affinchè l'algoritmo converga sono necessari circa 30-50 secondi, nei quali la rete non può funzionare

Per evitare i loop le porte iniziano in uno stato di blocking per circa 20 secondi

Le porte poi rimangono in listening per circa 15 secondi

Quindi passano allo stato di learning per altri 15 secondi circa

Dopo tutto ciò possono passare allo stati di forwarding

Soluzioni per velocizzare la convergenza

  • PortFast: permette di collegare un end-device senza rigenerare lo Spanning Tree
  • UplinkFast: accelera la scelta del Root Bridge quando un collegamento salta
  • BackboneFast: velocizza la convergenza quando cambia la topologia con diversi switch collegati

RSTP - 802.1w

Rapid Spanning Tree Protocol

  • Miglioramento dell'STP
  • Retrocompatibile
  • Convergenza in circa 3 Hello Time (~6 secondi)
  • Rende obsoleto l'STP dal 2004
  • Viene costruito un percorso alternativo per il Root Bridge
  • Vengono definite delle tratte di backup che intervengono subito dopo un guasto
  • Diminuisce il numero di stati delle porte

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