Spanning Tree Protocol

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

FACULTAD DE INGENIERA

ELECTRNICA Y ELCTRICA

SPANNING TREE PROTOCOL

Curso : Redes y Conectividad

Alumno : Bastidas Cerazo, Luis Angel

Cdigo : 10190258

Profesora : Ing. Rossina Gonzles Calienes

Horario : Lunes y Viernes de 4 a 6 p.m.

2014

Contenido

1. Definicin ........................................................................................................................... 3

2. Historia ................................................................................................................................ 3

3. Escenario Problema ........................................................................................................ 4

4. Funcionamiento del protocolo ...................................................................................... 5

4.1. Eleccin del Root Bridge ........................................................................................ 5

4.2. Eleccin de los Root Ports (RP) ........................................................................... 6

4.3. Eleccin de los Designated Ports (DP)............................................................... 6

5. Conclusiones ................................................................................................................... 10

6. Referencias ...................................................................................................................... 10

Spanning Tree Protocol

1. Definicin

STP (del ingls Spanning Tree Protocol) es un protocolo de red de nivel 2 del modelo OSI

(capa de enlace de datos). Su funcin es la de gestionar la presencia de bucles en topologas

de red debido a la existencia de enlaces redundantes (necesarios en muchos casos para

garantizar la disponibilidad de las conexiones). El protocolo permite a los dispositivos de

interconexin activar o desactivar automticamente los enlaces de conexin, de forma que se

garantice la eliminacin de bucles. STP es transparente a las estaciones de usuario.

Figura 1.1. Topologa de red con enlaces redudantes.

2. Historia

El algoritmo se desarroll antes que se tengan switches, es por ello en las definiciones del

algoritmo se habla de bridges (puentes) en vez de switches.

El STP se basa en un algoritmo desarrollado por Radia Perlman, mientras trabaja en DEC

(Digital Equipment Corporation). Posteriormente, fue revisado y mejorado por el IEEE,

generando el denominado Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP), bajo el estndar IEEE

802.1D-2004, quien tiene mejoras en cuanto al tiempo de convergencia del algoritmo original.

En el 2012, se promociona el protocolo SPB (Shortest Path Bridging), estndar IEEE 802.1aq,

debido a que permite mayor escalabilidad. Se busca que este nuevo algoritmo, tambin de

capa 2, reemplace al STP empleado en el protocolo IEEE 802.1D.

Figura 2.1. Dr. Radia Perlman.

3. Escenario Problema

Como bien se sabe de la teora de redes, para evitar la formacin de grandes dominios de

colisin se hace necesario el uso de bridges, los cuales son dispositivos de capa 2 encargados

de discriminar el reenvio de paquetes dependiendo de la LAN de origen y la LAN destino. El

protocolo STP se plante en base a estos dispositivos, sin embargo en la actualidad estos han

sido reemplazados por switches, los cuales no son ms que bridges multipuerto. Es por ello

que la funcionalidad del protocolo no se pierde y permanece aplicable.

El funcionamiento de estos dispositivos de capa 2 implica que todos tengan en su memoria un

trazo nico de toda la topologa de la red. Para lograr esto, inicialmente se da un proceso

denominado inundacin, que bsicamente consiste en transmitir informacin hacia todos los

switches sobre los caminos posibles que se tienen para llegar de una LAN hacia otra LAN.

Sin embargo, debido a la necesidad de disponibilidad de las redes modernas, estas se disean

con redundancias fsicas que permitan, por ejemplo, mantener la comunicacin a pesar de que

alguno de sus enlaces se caiga. Justamente, es este tipo de topologas en que se da un

problema, denominado bucle de red o simplemente loop.

Planteamos la topologa siguiente:

Figura 3.1. Topologa Ejemplo.

En este ejemplo, el switch B identifica como llegar hacia A, y por inundacin, da a conocer ese

descubrimiento a todos los switches de la red. Sin embargo, D y C tambin descubren cmo

llegar hacia A, y hacen lo propio, actualizando las tablas de los switches otra vez. Ello implica

que la tabla de B tambin se ha actualizado, por lo que al identificar que tambin sabe cmo

llegar a B, nuevamente buscar informar a todos los dems switches de su supuesto nuevo

descubrimiento, generndose un bucle en el que ninguna tabla ser estable, y se mantendrn

en constante actualizacin, a lo que se denomina loop.

Esto se repite para cualquier anillo formado en la red. Es aqu en donde STP actua.

SW APrioridad= 32768

MAC=0000.0000.0003

SW BPrioridad= 32768

MAC=0000.0000.000b

SW CPrioridad= 32768

MAC=0000.0000.000f

SW DPrioridad= 32768

MAC=0000.0000.000e

SW GPrioridad= 32768

MAC=0000.0000.00ff

SW FPrioridad= 32768

MAC=0000.0000.0008

SW EPrioridad= 32768

MAC=0000.0000.0005

SW HPrioridad= 32768

MAC=0000.0000.000a

4. Funcionamiento del protocolo

El protocolo buscar bloquear lgicamente algunos enlaces de los anillos fsicos, de manera

que no se produzcan loops en la red. Asimismo, desbloquear los mismos en caso de que

algn enlace se caiga. Para ello, el protocolo sigue los siguientes pasos:

4.1. Eleccin del Root Bridge

El primer paso del STP es determinar un switch de referencia, al que denominar root bridge.

Para su eleccin, se da un proceso de cuantificacin por costos de enlace, asignando la

denominacin al switch con menor costo. Para ello, todos los switches de la red intercambian

unos paquetes especiales y cortos denominados BPDU (Bridge Protocol Data Unit), la cual

contiene precisamente la informacin de los costos asociados a cada switch, y que se usan

para plantear una jerarqua. Sin embargo, en la mayora de los caso se elige simplemente al

switch con menor direccin MAC. Siguiente el ejemplo planteado, se asignan costos a los

enlaces, y se elige como Root Bridge al switch A, pues este tiene la menor direccin MAC.

Figura 4.1. Eleccin del root bridge.

En cuanto al planteamiento de los costos, un factor muy importante es la capacidad de cada

enlace.

Data Rate STP Cost

4 Mbps 5,000,000

10 Mbps 2,000,000

16 Mbps 1,250,000

100 Mbps 200,000

1 Gbps 20,000

2 Gbps 10,000

10 Gbps 2,000 Figura 4.2. Tabla de costos STP por capacidad de enlace.


MAC=0000.0000.0003


MAC=0000.0000.000b


MAC=0000.0000.000f


MAC=0000.0000.000e


MAC=0000.0000.00ff


MAC=0000.0000.0008


MAC=0000.0000.0005


MAC=0000.0000.000a

Costo=25

Costo=10

Costo=4

Costo=5

Costo=8

Costo=10Costo=6

Costo=9

Costo=10

Costo=5Costo=4

Root Switch

4.2. Eleccin de los Root Ports (RP)

Una vez elegido el root bridge, el siguiente paso es determinar los puertos del resto de

switches que permitirn la conexin con el menor costo hacia el switch de referencia o root

switch. Analizando la topologa, por ejemplo, Para SW B, el root port no sera aquel que

directamente se conecta con el root bridge, pues ese enlace supone un costo de 25. Si lo hace

en cambio, por SW D, el costo total sera 19. Entonces, se concluye que el root port de SW B

ser el que se conecta con SW D. Siguiendo esta metodologa se pueden determinar todos los

root ports de la topologa.

Figura 4.3. Eleccin de los RP.

Adems, se colocaron los costos asociados a cada SW, de acuerdo a su root port. Esta

informacin ser muy importante para el siguiente paso del protocolo.

Se puede concluir tambin que por cada switch distinto al root bridge, se tendr solo un root

port.

4.3. Eleccin de los Designated Ports (DP)

El tercer paso del protocolo STP consiste en determinar cules son los designated ports o DP.

Para su designacin, estos puertos deben:

(i) Ser la contraparte de enlace para un root port, o,

(ii) Presentar el camino con menor costo por segmento.

Bajo el primer criterio, se completan con facilidad los siguientes DP en el diagrama. En el caso

del root bridge, este solo tendr DPs, pues todos sus puertos suponen un costo 0 (el root

bridge es la referencia).


MAC=0000.0000.0003


MAC=0000.0000.000b


MAC=0000.0000.000f


MAC=0000.0000.000e


MAC=0000.0000.00ff


MAC=0000.0000.0008


MAC=0000.0000.0005


MAC=0000.0000.000a

Costo=25

Costo=10

Costo=4

Costo=5

Costo=8

Costo=10Costo=6

Costo=9

Costo=10

Costo=5Costo=4

Root Switch

RP

RP

RP

RP

RP

RP

RP

Costo SW=0

Costo SW=19

Costo SW=14Costo SW=29

Costo SW=29


Figura 4.4. Asignacin de designated ports segn el criterio (i).

Sin embargo, tras ello, queda un enlace que no tiene root ports, el cual conecta SW E con SW

F. En este caso, el protocolo STP analizar los costos asociados a cada SW, y elegir como

DP al puerto del switch con menor costo asociado. Pero segn el ejemplo, ambos switches

presentan el mismo costo. Entonces, el protocolo analizar las prioridades de los switches en

mencin. Como ambas prioridades son las mismas, pasar, en ltimo caso, a comparar las

direcciones MAC. En tal caso, elegir como DP al puerto asociado al switch con menor

direccin MAC. En este caso, el DP se asignar al puerto del SW E, tal y como se aprecia en la

figura 4.5.


MAC=0000.0000.0003


MAC=0000.0000.000b


MAC=0000.0000.000f


MAC=0000.0000.000e


MAC=0000.0000.00ff


MAC=0000.0000.0008


MAC=0000.0000.0005


MAC=0000.0000.000a

Costo=25

Costo=10

Costo=4

Costo=5

Costo=8

Costo=10Costo=6

Costo=9

Costo=10

Costo=5Costo=4

Root Switch

RP

RP

RP

RP

RP

RP

RP

Costo SW=0

Costo SW=19


Costo SW=29


DP

DP DP

DP

DP

DP

Figura 4.5. Asignacin completa de designated ports.

4.4. Asignacin de los non-designated ports y bloqueo.

Todos los puertos que queden por asignar sern puertos no designados o non-designated

ports, y por ende, sern bloqueados a nivel lgico por el STP, eliminando con ello la posibilidad

de formacin de cualquier loop.

Figura 4.6. STP completo, con bloqueo lgico de redundancias.


MAC=0000.0000.0003


MAC=0000.0000.000b


MAC=0000.0000.000f


MAC=0000.0000.000e


MAC=0000.0000.00ff


MAC=0000.0000.0008


MAC=0000.0000.0005

Costo=25

Costo=10

Costo=4

Costo=5

Costo=8

Costo=10Costo=6

Costo=9

Costo=10

Costo=5Costo=4

Root Switch

RP

RP

RP

RP

RP

RP

RP

Costo SW=0

Costo SW=19


Costo SW=29


DP

DP DP

DP

DP

DP

DP


MAC=0000.0000.0003


MAC=0000.0000.000b


MAC=0000.0000.000f


MAC=0000.0000.000e


MAC=0000.0000.00ff


MAC=0000.0000.0008


MAC=0000.0000.0005


MAC=0000.0000.000a

Costo=25

Costo=10

Costo=4

Costo=5

Costo=8

Costo=10Costo=6

Costo=9

Costo=10

Costo=5Costo=4

Root Switch

RP

RP

RP

RP

RP

RP

RP

Costo SW=0

Costo SW=19


Costo SW=29


DP

DP DP

DP

DP

DP

DP

X

X

Ahora analizaremos si el STP ha, en realidad, eliminado la formacin de loops en la red. Se

aprecia que a nivel lgico, SW B ya no est conectado con SW A, por lo que la actualizacin

hecha por los switches D y C no causarn problemas. Entonces se elimin el loop asociado a

ese anillo. Para el anillo inferior, SW E ya no est conectado lgicamente con SW F. De este

modo, las actualizaciones de SW D ya no supondrn problemas. Entonces se ha eliminado el

loop del anillo inferior, y con ello, la red ya no presentar loops.

5. Conclusiones

La presencia de redundancias fsicas puede ocasionar problemas de bucles infinitos en

la red.

El STP se implementa para evitar la formacin de estos bucles, buscando eliminar, a

nivel lgico, dichas redundancias.

El STP propone un algoritmo basado en grafos. Para ello requiere de un root bridge a

partir del cual jerarquizar y gestionar todos los elementos de la red.

Dependiendo de los tramos, el STP asocia costos, los cuales se dan a conocer

mediante paquetes denominados BPDU, de corta longitud para evitar provocar paros

en la red.

Los root ports son los puertos de los switches distintos al root bridge que permitirn un

enlace hacia el root bridge con el menor costo. Los designated ports en cambio son los

puertos distintos a los root ports que suponen un menor costo de segmento.

6. Referencias

http://es.wikipedia.org/wiki/Spanning_tree

http://www.dummies.com/how-to/content/spanning-tree-protocol-stp-introduction.html

http://orbit-computer-solutions.com/Spanning-Tree-Protocol--STP-.php

https://www.urz.uni-heidelberg.de/Netzdienste/docext/3com/superstack/3_0/3900/2i3bridg3.html

http://www.cisco.com/c/en/us/tech/lan-switching/spanning-tree-protocol/index.html

http://www.enterprisenetworkingplanet.com/netsp/article.php/3580966/Networking-101-

Understanding-Spanning-Tree.htm

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