En la red se pueden encontrar muchos materiales sobre el protocolo RSTP. En este artículo, propongo comparar el protocolo RSTP con el protocolo propietario de – Redundancia de Anillo Extendida.
Detalles de la implementación de RSTP
Información General
Tiempo de convergencia – 1-10 seg
Topologías posibles – cualquiera
Se suele pensar que RSTP solo permite conectar conmutadores en anillo:
Pero RSTP permite conectar conmutadores de manera arbitraria. Por ejemplo, esta topología puede ser gestionada por RSTP.
El principio de funcionamiento
RSTP convierte cualquier topología en un árbol. Uno de los conmutadores se convierte en el centro de la topología: el conmutador raíz. El conmutador raíz transmite la mayor cantidad de datos.
El principio de funcionamiento de RSTP es el siguiente:
- se alimenta a los conmutadores;
- se selecciona el conmutador raíz;
- los demás conmutadores determinan la ruta más rápida hacia el conmutador raíz;
- los canales restantes se bloquean y se convierten en reservas.
Selección del conmutador raíz
Los conmutadores con RSTP intercambian paquetes BPDU. BPDU es un paquete de servicio que contiene información de RSTP. Existen dos tipos de BPDU:
- Configuración BPDU.
- Notificación de Cambio de Topología.
La Configuración BPDU se utiliza para construir la topología. Solo la envía el conmutador raíz. La Configuración BPDU contiene:
- el identificador del remitente (Bridge ID);
- el identificador del conmutador raíz (Root Bridge ID);
- el identificador del puerto desde el cual se envió este paquete (Port ID);
- el costo del camino al conmutador raíz (Root Path Cost).
La Notificación de Cambio de Topología puede enviarla cualquier conmutador. Se envían en caso de un cambio de topología.
Después de encenderse, todos los conmutadores se consideran raíces. Comienzan a transmitir paquetes BPDU. Tan pronto como un conmutador recibe un BPDU con un Bridge ID menor que el suyo, deja de considerarse raíz.
El Bridge ID consiste en dos valores: la dirección MAC y la prioridad del puente. No podemos cambiar la dirección MAC. La prioridad del puente es 32768 por defecto. Si no cambiamos la prioridad del puente, el conmutador raíz será el que tenga la dirección MAC más baja. El conmutador con la dirección MAC más baja es el más antiguo y, posiblemente, no el más eficiente. Se recomienda definir manualmente el conmutador raíz de la topología. Para ello, en el conmutador raíz se debe configurar una pequeña prioridad de puente (por ejemplo, 0). También se puede definir un conmutador raíz de reserva, asignándole una prioridad de puente ligeramente mayor (por ejemplo, 4096).
Selección del camino hacia el conmutador raíz
El conmutador raíz envía paquetes BPDU a todos los puertos activos. BPDU tiene un campo de Costo de Ruta. El Costo de Ruta indica el costo del camino. Cuanto mayor sea el costo del camino, más tiempo tardará el paquete en transmitirse. Cuando BPDU pasa a través de un puerto, se añade al campo de Costo de Ruta. El número añadido se llama Costo del Puerto.
Al Costo de Ruta se le añade un valor específico al pasar BPDU a través de cualquier puerto. Ese valor, que se añade, se llama Costo del Puerto y puede definirse de manera manual o automática. El Costo del Puerto puede definirse de manera manual o automática.
Cuando un conmutador no raíz tiene varios caminos alternativos hacia el raíz, elige el más rápido. Compara los Costos de Ruta de esos caminos. El puerto desde el cual llegó BPDU con el menor Costo de Ruta se convierte en el Puerto Raíz.
Los costos de los puertos que se asignan automáticamente se pueden ver en la tabla:
Velocidad de transmisión del puerto
Costo del puerto
10 Mb/s
2 000 000
100 Mb/s
200 000
1 Gb/s
20 000
10 Gb/s
2 000
Roles y estados de los puertos
Los puertos del conmutador tienen varios estados y roles.
Estados de los puertos (para STP):
- Deshabilitado – inactivo.
- Bloqueado – escucha BPDU, pero no transmite. No transmite datos.
- Escuchando – escucha y transmite BPDU. No transmite datos.
- Aprendiendo – escucha y transmite BPDU. Se prepara para la transmisión de datos: llena la tabla de direcciones MAC.
- Transmitiendo – transmite datos, escucha y transmite BPDU.
El tiempo de convergencia de STP es de 30 a 50 segundos. Después de encender el conmutador, todos los puertos pasan por todos los estados. En cada estado, el puerto permanece varios segundos. Debido a este principio de funcionamiento, STP tiene un largo tiempo de convergencia. RSTP tiene menos estados de puertos.
Estados de los puertos (para RSTP):
- Descartando – inactivo.
- Descartando – escucha BPDU, pero no transmite. No transmite datos.
- Descartando – escucha y transmite BPDU. No transmite datos.
- Aprendiendo – escucha y transmite BPDU. Se prepara para la transmisión de datos: llena la tabla de direcciones MAC.
- Transmitiendo – transmite datos, escucha y transmite BPDU.
- En RSTP, los estados Deshabilitado, Bloqueado y Escuchando se combinan en uno solo: Descartando.
Roles de los puertos:
- Puerto raíz – puerto por el que se transmiten los datos. Es el camino más rápido hacia el conmutador raíz.
- Puerto designado – puerto por el que se transmiten los datos. Se define para cada segmento LAN.
- Puerto alternativo – puerto por el que no se transmiten datos. Es un camino alternativo hacia el conmutador raíz.
- Puerto de respaldo: el puerto a través del cual no se transmiten datos. Es una ruta de respaldo para un segmento donde ya está conectado un puerto que admite RSTP. El puerto de respaldo se utiliza si dos canales de conmutador están conectados al mismo segmento (es decir, a un hub).
- Puerto deshabilitado: RSTP está desactivado en este puerto.
La selección del puerto raíz se describe arriba. ¿Cómo se selecciona el puerto designado?
Primero, definamos qué es un segmento LAN. Un segmento LAN es un dominio de colisión. nombre de dominioPara un conmutador o enrutador, cada puerto forma un dominio de colisión separado. Un segmento LAN es un canal entre conmutadores o enrutadores. Si hablamos de un hub, todos los puertos del hub se encuentran en un mismo dominio de colisión.
A un segmento se le asigna solo un puerto designado.
En el caso de segmentos que ya tienen puertos raíz, todo está claro. El segundo puerto del segmento se convierte en el puerto designado.
Pero aún quedan los canales de respaldo, donde habrá un puerto designado y un puerto alternativo. ¿Cómo se elegirán? El puerto designado será el puerto con el menor costo de camino hacia el conmutador raíz. Si los costos de camino son iguales, el puerto designado será el que se encuentre en el conmutador con el ID de puente más bajo. Si también el ID de puente es igual, entonces el puerto designado será el que tenga el número más bajo. El segundo puerto será alternativo.
Queda un último punto: ¿cuándo se le asigna al puerto el rol de respaldo? Como se mencionó anteriormente, el puerto de respaldo se utiliza solo si dos canales de conmutador están conectados al mismo segmento, es decir, al hub. En este caso, el puerto designado se elige exactamente según los mismos criterios:
- El menor costo de camino hacia el conmutador raíz.
- El menor ID de puente.
- El menor ID de puerto.
Número máximo de dispositivos en la red
El estándar IEEE 802.1D no impone requisitos estrictos sobre el número de dispositivos en una LAN con RSTP. Pero se recomienda usar no más de 7 conmutadores en una rama (no más de 7 saltos), es decir, no más de 15 en un anillo. Al superar este valor, el tiempo de convergencia de la red comienza a aumentar.
Detalles de la implementación de ERR.
Información General
Tiempo de convergencia
El tiempo de convergencia de ERR es de 15 ms. Con el número máximo de conmutadores en el anillo y conexiones de anillos, es de 18 ms.
Topologías posibles
ERR no permite agrupar dispositivos libremente como RSTP. ERR tiene topologías claras que se pueden utilizar:
- Anillo
- Anillo duplicado
- Conexiones de hasta tres anillos
Anillo
Cuando en ERR se combinan todos los conmutadores en un anillo, es necesario configurar en cada conmutador los puertos que participarán en la construcción del anillo.
Doble anillo
Los conmutadores pueden ser combinados en un doble anillo, lo que aumenta significativamente la fiabilidad del anillo.
Restricciones del doble anillo:
- El doble anillo no puede ser utilizado para acoplar conmutadores con otros anillos. Para esto, es necesario utilizar el acoplamiento de anillo.
- El doble anillo no puede ser utilizado para un anillo de acoplamiento.
Acoplamiento de anillos
En el acoplamiento de la red puede haber un máximo de 200 dispositivos.
El acoplamiento de anillos implica la combinación de los otros anillos en un solo anillo.
Si un anillo se conecta a un anillo de acoplamiento a través de un conmutador, se llama acoplamiento de anillos a través de un conmutador. Si se conectan dos conmutadores del anillo local al anillo de acoplamiento, se denomina acoplamiento a través de dos conmutadores.
En el acoplamiento a través de un conmutador, se utilizan ambos puertos en el dispositivo. El tiempo de convergencia en este caso será de aproximadamente 15-17 ms. En tal acoplamiento, el conmutador de acoplamiento será un punto de fallo, ya que al perder este conmutador se pierde inmediatamente todo el anillo. El acoplamiento a través de dos conmutadores permite evitar esto.
Es posible acoplar anillos duplicados.
Control de ruta
La función Control de ruta permite configurar los puertos a través de los cuales se transmitirán datos en condiciones de funcionamiento normales. Si el canal falla y la red cambia a una topología de respaldo, una vez restaurado el canal, la red volverá a la topología definida.
Esta función permite ahorrar en un cable de respaldo. Además, siempre se conocerá la topología utilizada para la resolución de problemas.
La topología principal cambia a la de respaldo en 15 ms. El cambio inverso al restaurar la red tomará alrededor de 30 ms.
Restricciones:
- No se puede utilizar junto con el Doble Anillo.
- La función debe estar habilitada en todos los conmutadores de la red.
- Uno de los conmutadores se configura como el maestro del Control de Ruta.
- La transición automática a la topología principal tras la recuperación se realiza por defecto después de 1 segundo (este parámetro se puede modificar mediante SNMP en el rango de 0 s a 99 s).
El principio de funcionamiento
Principio de funcionamiento de ERR
Tomemos como ejemplo seis conmutadores – 1-6. Los conmutadores están conectados en anillo. Cada conmutador utiliza dos puertos para conectarse al anillo y almacena sus estados. Los conmutadores se envían el estado de los puertos entre sí. Estos datos son utilizados por los dispositivos para establecer el estado inicial de los puertos.
Los puertos tienen solo dos roles – Bloqueado y Reenvío.
El conmutador con la dirección MAC más alta bloquea su puerto. Todos los demás puertos en el anillo transmiten datos.
Si el puerto bloqueado deja de funcionar, el siguiente puerto con la dirección MAC más alta se vuelve bloqueado.
Después de cargar, los conmutadores comienzan a enviar la Unidad de Datos del Protocolo del Anillo (R-PDU). R-PDU se transmite mediante multicast. R-PDU es un mensaje de servicio, al igual que BPDU en RSTP. R-PDU contiene los estados de los puertos del conmutador y su dirección MAC.
Algoritmo de acciones en caso de fallo del canal
Cuando hay un fallo en el canal, los conmutadores envían R-PDU para notificar el cambio de estado de los puertos.
Algoritmo de acciones en caso de recuperación del canal
Cuando se reactiva un canal que había fallado, los conmutadores envían R-PDU para notificar el cambio de estado de los puertos.
El conmutador con la dirección MAC más alta se convierte en el nuevo conmutador raíz.
El canal que falló se convierte en respaldo.
Después de la recuperación, uno de los puertos del canal permanece bloqueado, mientras que el otro se cambia a estado de reenvío. El puerto bloqueado es el que tiene la mayor velocidad. Si las velocidades son iguales, se bloqueará el puerto del conmutador con la dirección MAC más alta. Este principio permite bloquear el puerto que pasará de un estado bloqueado a un estado de reenvío con la mayor velocidad.
Número máximo de dispositivos en la red
El número máximo de conmutadores en un anillo ERR es 200.
Interacción entre ERR y RSTP
RSTP se puede utilizar junto con ERR. Pero el anillo RSTP y el anillo ERR solo deben cruzarse a través de un conmutador.
Currículum
ERR es ideal para la organización de topologías estándar. Por ejemplo, un anillo o un anillo duplicado.
Estas topologías se utilizan a menudo para la redundancia en instalaciones industriales.
Además, mediante ERR se puede implementar una segunda topología de una manera menos confiable pero más económica. Esto se puede hacer mediante un anillo duplicado.
Pero no siempre se puede aplicar ERR. Existen esquemas bastante exóticos. Con uno de nuestros clientes, probamos la siguiente topología.
En este caso, no es posible aplicar ERR. Para este esquema, utilizamos RSTP. El cliente tenía un requisito estricto de tiempo de convergencia: menos de 3 s. Para lograr este tiempo, era necesario definir claramente los conmutadores raíz (principal y de respaldo), así como el costo de los puertos manualmente.
Como resultado, ERR gana notablemente en tiempo de convergencia, pero no proporciona la flexibilidad que ofrece RSTP.
Fuente: habr.com
