El protocolo y algoritmo de árbol de expansión múltiple ( MSTP ) proporciona conectividad simple y completa asignada a cualquier LAN virtual (VLAN) determinada a través de una red de área local en puente . MSTP utiliza unidades de datos de protocolo de puente (BPDU) para intercambiar información entre dispositivos compatibles con el árbol de expansión, para evitar bucles en cada instancia del árbol de expansión múltiple (MSTI) y en el árbol de expansión común e interno (CIST), mediante la selección de rutas activas y bloqueadas. Esto se hace tan bien como en el protocolo Spanning Tree (STP) sin la necesidad de habilitar manualmente los enlaces de respaldo y eliminar el peligro del bucle de conmutación .
Además, MSTP permite que las tramas/paquetes asignados a diferentes VLAN sigan rutas separadas, cada una basada en un MSTI independiente, dentro de regiones MST compuestas por redes de área local (LAN) y puentes MST. Estas regiones y los otros puentes y LAN están conectados en un único árbol de expansión común (CST).
Se definió originalmente en IEEE 802.1s como una enmienda a 802.1Q , edición de 1998 y luego se fusionó con el estándar IEEE 802.1Q-2005, define claramente una extensión o una evolución del Spanning Tree Protocol (STP) de Radia Perlman y Rapid Spanning. Protocolo de árbol (RSTP). Tiene algunas similitudes con el Protocolo de árbol de expansión de instancias múltiples (MISTP) de Cisco Systems , pero existen algunas diferencias.
El STP y RSTP originales funcionan a nivel de enlace físico, evitando bucles de puente cuando hay rutas redundantes presentes. Sin embargo, cuando una LAN se virtualiza mediante enlace troncal VLAN, cada enlace físico representa múltiples conexiones lógicas. El bloqueo de un vínculo físico bloquea todos sus vínculos lógicos y fuerza todo el tráfico a través de los vínculos físicos restantes dentro del árbol de expansión . Los enlaces redundantes no se pueden utilizar en absoluto. Además, sin un diseño de red cuidadoso, se pueden usar enlaces aparentemente redundantes en el nivel físico para conectar diferentes VLAN y bloquear cualquiera de ellos puede desconectar una o más VLAN, lo que genera rutas de acceso incorrectas .
En cambio, MSTP proporciona una utilización potencialmente mejor de rutas alternativas al permitir el uso de árboles de expansión alternativos para diferentes VLAN o grupos de VLAN.
Como MSTP permite agrupar y mapear VLAN en diferentes instancias de árbol de expansión, existe la necesidad de determinar un grupo o conjunto de VLAN, que utilizan el mismo árbol de expansión; esto es lo que conocemos como MSTI.
Cada instancia define una única topología de reenvío para un conjunto exclusivo de VLAN; por el contrario, las redes STP o RSTP contienen solo una única instancia de árbol de expansión para toda la red, que contiene todas las VLAN. Una región puede incluir: [1]
Si bien cada MSTI puede tener varias VLAN, cada VLAN puede asociarse solo con un MSTI .
Un conjunto de conmutadores interconectados que deben tener configuradas las mismas VLAN y MSTI, también tienen los mismos parámetros siguientes:
Un MSTI no puede abarcar regiones MST debido a su localidad inherente a una única región MST. Esto se hace mediante un número de identificación para cada MSTI. Para lograr la tarea de asignar cada puente a una región, cada conmutador/puente debe comparar sus identificadores de configuración MST (selector de formato, nombre de región, nivel de revisión y resumen de configuración) , cualquiera de ellos representa la asignación de VLAN a MSTI para cada puente.
Podemos diferenciar dos tipos de Spanning Trees conformados en las diferentes redes creadas por MSTP, estos son:
La función del árbol de expansión común (CST) en una red, y del árbol de expansión común e interno (CIST) configurado en cada dispositivo, es evitar bucles dentro de una red más amplia que pueda abarcar más de una región MSTP y partes de la red. ejecutándose en modo STP o RSTP heredado.
Su función principal es permitir que MSTP seleccione sus puentes raíz para el CIST adecuado y cada MSTI. MSTP incluye toda la información de su árbol de expansión en un único formato BPDU. No solo reduce la cantidad de BPDU necesarias en una LAN para comunicar información del árbol de expansión para cada VLAN, sino que también garantiza la compatibilidad con versiones anteriores de RSTP (y, de hecho, también del STP clásico).
El formato general de las BPDU comprende una porción genérica común -octetos 1 a 36- que se basan en los definidos en el estándar IEEE 802.1D , 2004, [2] seguida de componentes específicos de CIST -octetos 37 a 102. Componentes específicos de cada Los MSTI se agregan a este bloque de datos de BPDU.
La información de la tabla BPDU y las BPDU STP muestran un resumen más profundo del formato BPDU MSTP y, además, información adicional sobre cómo se estructuró este objeto en versiones anteriores o diferentes de este protocolo como STP y RSTP, manteniendo su compatibilidad.
En caso de que haya una asignación de VID (VLAN ID) en una región MST que difiera dentro de los diferentes puentes que la componen, las tramas para algunos VID podrían duplicarse o incluso no entregarse a algunas LAN en absoluto . Para evitar esto, los puentes MST verifican que estén asignando VID a los mismos árboles de expansión que sus puentes MST vecinos en la misma región transmitiendo y recibiendo identificadores de configuración de MST junto con la información del árbol de expansión. Estos identificadores de configuración MST, si bien son compactos, están diseñados para que dos identificadores coincidentes tengan una probabilidad muy alta de indicar la misma configuración incluso en ausencia de cualquier práctica de gestión de apoyo para la asignación de identificadores. Cualquiera de estos "objetos" contiene lo siguiente:
Este objeto es específico y único de MSTP, ni STP ni RSTP lo utilizan.
MSTP configura para cada VLAN una topología activa de árbol de expansión única de manera que haya al menos una ruta de datos entre dos estaciones finales, lo que elimina los bucles de datos. Especifica varios "objetos" que permiten que el algoritmo funcione de forma adecuada. Los diferentes puentes en las distintas VLAN comienzan a anunciar su propia configuración a otros puentes utilizando el identificador de configuración de MST para asignar tramas con VID determinados (ID de VLAN) a cualquiera de los diferentes MSTI. Se utiliza un vector de prioridad para construir el CIST, que conecta todos los puentes y LAN en una LAN en puente y garantiza que las rutas dentro de cada región siempre sean preferidas a las rutas fuera de la Región. Además, existe un vector de prioridad MSTI, que compromete la información necesaria para construir una topología activa determinista y manejable de forma independiente para cualquier MSTI determinado dentro de cada región.
Además, las comparaciones y cálculos realizados por cada puente seleccionan un vector de prioridad CIST para cada puerto (basado en vectores de prioridad, identificadores de configuración MST y en un costo de ruta incremental asociado a cada puerto receptor). Esto lleva a que se seleccione un puente como raíz CIST de la LAN puenteada; luego, se desplaza una ruta de costo mínimo hacia la raíz para cada puente y LAN (evitando así bucles y garantizando una conectividad total entre las VLAN). Posteriormente, en cada región, el puente cuya ruta de costo mínimo hasta la raíz no pasa por otro puente con el mismo MST Conf.ID se identificará como la raíz regional CIST de su región. Por el contrario, cada Puente cuya ruta de costo mínimo a la Raíz es a través de un Puente que utiliza el mismo Identificador de Configuración MST se identifica como si estuviera en la misma Región MST que ese Puente.
En resumen, MSTP codifica información adicional en su BPDU con respecto a la información y configuración de la región; cada uno de estos mensajes transmite la información del árbol de expansión para cada instancia. A cada instancia se le pueden asignar varias VLAN configuradas, las tramas (paquetes) asignadas a estas VLAN operan en esta instancia del árbol de expansión siempre que estén dentro de la región MST. Para evitar transmitir toda su VLAN al mapeo de árbol de expansión en cada BPDU, los puentes codifican un resumen MD5 de su VLAN a la tabla de instancias en la BPDU MSTP. Luego, otros puentes MSTP utilizan este resumen, junto con otros valores configurados administrativamente, para determinar si el puente vecino está en la misma región MST que él.
MSTP está diseñado para ser compatible con STP y RSTP e interoperable sin práctica de gestión operativa adicional, esto se debe a un conjunto de mediciones basadas en RSTP (Cláusula 17 de IEEE Std 802.1D, edición 2004) que pretende proporcionar la capacidad para tramas asignadas a diferentes VLAN, que se transmitirán a lo largo de diferentes rutas dentro de las regiones MST.
Ambos protocolos tienen en común varias cuestiones como: la selección del Puente Raíz CIST (utiliza el mismo algoritmo fundamental, 17.3.1 de IEEE Std 802.1D, Edición 2004, pero con componentes vectoriales de prioridad extendida dentro de las Regiones MST), la selección del puente raíz MSTI y el cálculo de las funciones de puerto para cada MSTI, las funciones de puerto utilizadas por el CIST son las mismas que las de STP y RSTP (con la excepción del puerto maestro) y las variables de estado asociadas con cada puerto.
Además, también comparten algunos problemas como, por ejemplo: MSTP no puede proteger contra bucles temporales causados por la interconexión de dos segmentos de LAN por dispositivos distintos de los puentes que operan de manera invisible con respecto al soporte de la MAC de los puentes. Servicio de subcapa interna.
Por todo lo anterior se puede concluir que MSTP es totalmente compatible con los puentes RSTP, una BPDU MSTP puede ser interpretada por un puente RSTP como una BPDU RSTP. Esto no solo permite la compatibilidad con puentes RSTP sin cambios de configuración, sino que también hace que cualquier puente RSTP fuera de una región MSTP vea la región como un único puente RSTP, independientemente del número de puentes MSTP dentro de la propia región.
Esta sección está orientada principalmente a proporcionar a cualquier usuario una forma adecuada de configurar una red MSTP en dispositivos Cisco.
Asegúrese de haber configurado las VLAN y de haberlas asociado con los puertos del switch, luego determine: Regiones MSTP, nivel de revisión e instancias; qué VLAN y puertos de switch pertenecerán a qué MSTI y, finalmente, qué dispositivos desea que sean puentes raíz para cada MSTI.
Una VLAN solo se puede asignar a un MSTI o al CIST. No se permite una VLAN asignada a varios árboles de expansión. Todas las VLAN están asignadas al CIST de forma predeterminada. Una vez que una VLAN se asigna a un MSTI específico, se elimina del CIST. Para evitar el procesamiento STP innecesario, un puerto que está conectado a una LAN sin otros puentes/conmutadores conectados se puede configurar como un puerto perimetral.
Aquí se puede encontrar un ejemplo de cómo configurar una topología MSTP simple de tres conmutadores en la que un conmutador de acceso de capa dos transporta cuatro VLAN y tiene dos enlaces ascendentes a dos conmutadores de distribución: Guía de configuración de MSTP
Una buena vista de configuración, de lo mencionado anteriormente ejemplo será:
S3# mostrar árbol de expansión mst
##### VLAN MST0 asignadas: 1-19,21-39,41-4094Dirección de puente 000e.8316.f500 prioridad 32768 (32768 sysid 0)Dirección raíz 0013.c412.0f00 prioridad 0 (0 sysid 0) puerto Fa0/13 costo de ruta 0Dirección raíz regional 0013.c412.0f00 prioridad 0 (0 sysid 0) costo interno 200000 saltos rem 19Tiempo de saludo operativo 2, retardo de reenvío 15, edad máxima 20, txholdcount 6Tiempo de saludo configurado 2, retraso de avance 15, edad máxima 20, saltos máximos 20Interfaz Función Sts Costo Prio.Nbr Tipo---------------- ---- --- --------- -------- ---------- ----------------------Fa0/13 Raíz FWD 200000 128,13 P2pFa0/16 Altn BLK 200000 128,16 P2p##### VLAN MST1 asignadas: 20,40Dirección de puente 000e.8316.f500 prioridad 32769 (32768 sysid 1)Dirección raíz 000f.345f.1680 prioridad 1 (0 sysid 1) el puerto Fa0/16 cuesta 200000 saltos rem 19Interfaz Función Sts Costo Prio.Nbr Tipo---------------- ---- --- --------- -------- ---------- ----------------------Fa0/13 Altn BLK 200000 128,13 P2pFa0/16 Raíz FWD 200000 128,16 P2p
La primera versión de este protocolo se propuso en [8] AMSTP es una instancia simplificada de un árbol enraizada en cada puente de borde en el núcleo para reenviar tramas.
Para configurar estos árboles, AMSTP se basa en un árbol básico que se utilizará para obtener instancias (llamadas Instancias alternativas de árbol de expansión múltiple – AMSTI), hasta que se construya una de ellas por conmutador para la red. El proceso aplicado para construir el árbol principal/básico es el mismo que en RSTP. En resumen, en primer lugar se debe elegir un puente como Puente Raíz (esto se hace emitiendo BPDU desde cada conmutador de la red periódicamente, cada "Hello Time", y seleccionando el ID de puente más bajo). Luego, cada switch computará y calculará su costo para el Root Bridge y, luego, se deben elegir los puertos raíz seleccionando el que reciba la mejor BPDU, es decir, el que anuncie el costo mínimo de ruta al root bridge.
Las BPDU AMSTP utilizan las mismas direcciones de protocolo de multidifusión local que STP y tienen una estructura que se asemeja a las BPDU MSTP, ya que ambas se componen esencialmente de una BPDU básica y varios registros AM, lo que permite una compatibilidad total con los protocolos estándar RSTP y STP. Cada uno de los AM-Records contiene los datos utilizados para negociar una instancia de árbol específica (AMSTI). Cada ABridge, excepto el puente raíz elegido, crea un registro AM para sus propias instancias del árbol de expansión. Son utilizados por puertos conectados de conmutadores vecinos para negociar las transiciones de cada instancia de árbol con un mecanismo de propuesta/acuerdo.
Este protocolo, desarrollado en [9] enfatiza en términos de eficiencia en el uso de la red y longitud de ruta. Esa es la causa principal por la que utiliza AMSTP, una versión simplificada y autoconfigurable del protocolo MSTP.
Los puentes se pueden describir como una jerarquía de dos niveles de conmutadores de capa dos en los que las islas de red que ejecutan protocolos independientes de árbol de expansión rápida se comunican a través de un núcleo formado por puentes raíz de islas (ABridges). Como se ha mencionado, está enfocado en términos de eficiencia, esto se debe a la capacidad de AMSTP para proporcionar rutas óptimas en la malla central y al uso de RSTP para agregar de manera eficiente el tráfico en las redes de las islas. Su velocidad de convergencia es tan rápida como RSTP y MSTP.
Con el objetivo de mejorar las propiedades del protocolo Abridges, se propone una infraestructura de capa de enlace jerárquica de dos niveles en la que la segmentación se realiza en la capa de enlace. El núcleo estará compuesto, principalmente, por Abridges (Puentes que utilizan una implementación de AMSTP) y supervisará la conexión de las redes de acceso hoja que se denominan "capa de acceso". Además, cada una de estas redes de acceso, también llamadas islas, será una subred de capa dos mediante STP conectada a uno o más Abridges.
Dentro de cada isla o red de acceso se elige automáticamente un puente para que se comporte como Puente Raíz, este puente se comportará como una puerta de enlace, permitiendo el reenvío de tramas desde el núcleo a una isla y viceversa. Sólo un Abridge realizará estas funciones de puerta de enlace, aunque se podrían conectar muchos. La comunicación entre puentes 802.1D y entre puentes 802.1D estándar y ABridges no requiere conexiones punto a punto.
El ABridge que recibe una trama ARP de un host de isla obtiene la isla en la que se encuentra el destino preguntando a un servidor ARP dónde estaba previamente registrado el host por su isla ABridge. Este servidor almacena la asignación de IP a MAC y el ID de ABridge de la isla. Los servidores ARP distribuyen su carga basándose en el mismo resultado del hash corto de las direcciones IP servidas. El núcleo se autoconfigura y la operación es transparente para todos los hosts y conmutadores estándar en las islas.
ABridges está compuesto por tres módulos funcionales básicos, que se podrían resumir en:
Abridges configurará cada uno de sus puertos para que forme parte del núcleo o de una isla, esta autoconfiguración del puerto se realiza con estipulaciones muy simples: si un puerto no está conectado a otro Abridge mediante un enlace punto a punto, se convertirá en un puerto de acceso; por otro lado, los puertos conectados directamente a otro Abridge se configuran como puertos centrales. Este mecanismo de configuración automática es bastante parecido al utilizado en RSTP.
Como cualquier protocolo basado en capa dos, ABridges utiliza transmisiones ARP para obtener la dirección de capa de enlace asociada a una dirección IP en la misma LAN o VLAN. Esa es la causa principal por la que evitar las inundaciones es una cuestión de máxima prioridad; Para limitar este tráfico de difusión, se recomienda el uso de servidores ARP de carga distribuida, aunque su uso no es obligatorio.
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