Aula 9 STP e o RSTP

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Redes Locais e Comutação
Aula 9 - STP e o RSTP
INTRODUÇÃO
Nesta aula, aprofundaremos o estudo do protocolo Spanning Tree Protocol, o papel de suas portas, seus estados e a
transição entre os mesmos, na inicialização da interface, bem como quando da convergência após falha. 
Realizaremos estudos dos aprimoramentos do STP e a incorporação desses aprimoramentos no protocolo Rapid STP,
o papel de suas portas, diferenciando seus estados, tipos de link. Além disso, analisaremos as melhorias nas tarefas
de convergência, onde o principal aspecto é não utilizar os temporizadores para convergência da rede.
OBJETIVOS
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Analisar os problemas acarretados pela redundância de camada 2 e seu funcionamento;
De�nir a con�guração do STP nos comutadores e veri�car sua convergência;
Identi�car os aprimoramentos do STP como PortFast, BPDU Guard, BPDU Filtering, UpLinkFast e BackBoneFast;
Diferenciar o funcionamento do RSTP, em relação ao STP.
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Iniciaremos a segunda parte do estudo de STP com a con�guração default do STP: 
Para os próximos exemplos utilizaremos as VLANs 1, 10, 20 e 30. 
A VLAN 1 é nativa, vamos criar as demais VLANs. 
 
TOPOLOGIA PROPOSTA
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Veja como: 
Atualmente o nosso Root Bridge, o switch SW03 com o BID 32769 / 0060.2F22.516ª, conforme topologia a seguir: 
Agora, vamos imaginar que, para prover acesso à Internet, o administrador decidiu conectar o roteador ao switch SW01
que possui o melhor throughput. 
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Observe que as estações interligadas ao switch SW02, para acessar a Internet, encaminharão seu tráfego para SW03 e
o tráfego de ambos serão enviados para o switch SW01 para chegar à Internet. 
Mas será que é uma boa opção? 
Não, o ideal é que o Root Bridge fosse o switch SW01. 
É possível realizar essa alteração diminuindo a prioridade do SW01 para o mesmo ganhar a eleição a Root Bridge. 
 
 
Prioridades diferentes, VLAN diferentes. Observe: 
24576 + VLAN 1 = 24577 
24576 + VLAN 10 = 24586 
24576 + VLAN 20 = 24596 
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Legenda para o papel de cada porta: 
RP - Root Port; 
DP - Designated Port; 
NDP - Non-Designated Port.
Agora falta discutir o estado de cada porta e como ocorrem as transições de estados. 
Os estados do STP são os seguintes: 
Blocking (Bloqueado): 
Processa BPDUs, DESCARTA quadros de dados e NÃO APRENDE endereços MAC para a MAC Address Table;
Listening (Ouvindo): 
Processa BPDUs, DESCARTA quadros de dados e NÃO APRENDE (atualiza) endereços MAC para a MAC Address Table;
Learning (Aprendendo): 
Processa BPDUs, DESCARTA quadros de dados, mas APRENDE (atualiza) endereços MAC para a MAC Address Table;
Forwarding (Encaminhando): 
Processa BPDUs, PROCESSA quadros de dados e APRENDE (atualiza) endereços MAC para a MAC Address Table.
Agora, vamos entender o diagrama de transições das portas do STP: 
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Ao ocorrer mudança de topologia, as Bridges devem reprocessar o STP. Este necesista dos temporizadores que
acabam atrasando a convergência do STP (802.1d), já que o link de blocking (bloqueando) para forwarding
(encaminhando) leva 50 segundos: 
20 segundos para a idade máxima da informação do último Hello expirar;
Passando para 15 segundos em ouvindo; e
Mais 15 segundos em aprendendo e, somente depois, entrar em forwarding (encaminhando).
Pouco menos demorado é quando a interface é ativada,
iniciando o processo no estado de listening (ouvindo),
diminuindo o tempo total para 30 segundos.
CONVERGÊNCIA DE STP
Antes de analisarmos a lentidão da convergência, vamos de�nir o que é convergência de STP. 
APRIMORAMENTOS DO STP
São aprimoramentos do STP:
Portfast
UplinkFast
Cisco BackboneFast
Antes de continuarmos, vamos ver cada um com mais detalhes. 
Portfast 
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Para acelerar a convergência da rede, as portas de acesso podem ser con�guradas como PortFast, evitando as etapas
de listening e learning antes de entrar no estado de blocking ou forwarding. 
A única ressalva é a tentativa de garantir que a rede esteja livre de loops, caso o STP seja desabilitado. 
Observe um exemplo de topologia indicando portas que podem ser con�guradas como PortFast. 
 
 
Cabe ressaltar o estado das portas conforme seu papel: 
RP Root Port – forwarding FW; 
DP Designated Port – forwarding FW; 
NDP Non-Designated Port – blocking BLK.
Além do papel e estado das portas, é necessário o estudo dos tipos de portas (glossário) do STP. Vejamos: 
Porta EDGE
É conectada a um host camada 2
como access ou trunk. 
Lembrete: Se você conectar uma
porta con�gurada como uma porta
EDGE a um switch, você pode criar
um loop de ligação.
Porta de rede
É conectada somente a um switch
camada 2. 
 
Lembrete: Se, por engano, você
conectar a uma porta de rede a um
host camada 2, a porta
automaticamente será passada
para o estado de bloqueada.
Porta normal
É o tipo default do STP. 
 
Lembrete: Se uma porta é
con�gurada com PortFast, implica
na porta ser EDGE; de outra forma,
a porta é considerada normal.
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UplinkFast 
O UplinkFast provê uma convergência rápida, após a falha de um link direto (local ao switch), e alcança o
balanceamento de carga entre links redundantes de camada 2 usando grupos de uplinks. 
Um grupo uplink é um conjunto de interfaces camada2 (por VLAN), onde somente uma está encaminhando em
determinado momento. Composto pela Root Port e as portas bloqueadas, exceto as de auto-loop. 
Esse grupo uplink provê um caminho alternativo, se o link atualmente encaminhando falhar. 
 
 
Cisco BackboneFast 
BackboneFast é uma característica especí�ca da Cisco, objetivando acelerar a velocidade da convergência quando há
uma falha de link que não está diretamente conectado. 
O switch recebe um BPDU inferior da sua bridge designada. Então, ele entende que o link para root bridge falhou. 
BackboneFast deve ser ativo em todos os switches para permitir a detecção de falhas em links indiretos. 
Topologia convergida para exemplo: 
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Os swirtches estão com BackBoneFast habilitado e o Link 3-1 falha. 
O switch SW02 não percebe essa falha por não estar ligado diretamente ao Link 3-1. 
O switch SW03 que estava diretamente conectado ao Root Bridge através do link que falhou, envia uma BPDU com seu
BID no campo Root Bridge, ou seja, uma BPDU inferior a esperada pelo SW02. 
O SW02 conclui que ocorreu uma falha em um link indireto. 
Como o mesmo está com BackBoneFast habilitado, �ca autorizado a passar a porta Blocking imediatamente para
Listening, 15 segundos depois para Learning e mais 15 segundos para Forward, não esperando os 20 segundos de
idade máxima. 
Tipos de STP suportados de switches Catalyst da Cisco: 
Common Spanning-tree (CSTP) – Padrão IEEE 802.1d;
Per VLAN Spanning-tree (PVSTP);
Per VLAN Spanning-tree Plus (PVSTP+) – Tipo Padrão para SwitchesCisco;
Rapid Spanning-tree (RSTP) – Padrão IEEE 802.1w;
Per VLAN Rapid Spanning-tree Plus (PVRSTP+);
Multiple Spanning-tree (MSTP) – Padrão IEEE 802.1m.
RAPID SPANNING TREE PROTOCOL (RSTP – IEEE802.1W)
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As iniciativas dos fabricantes, em especial a CISCO, visam diminuir a grande desvantagem do STP (que é a baixa
convergência, muito importante na rede comutada). 
Com a �nalidade de superar essa lentidão de convergência, em 2001, o IEEE, com 802.1w documento, introduziu uma
evolução do protocolo Spanning Tree: Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). 
Ele reduz drasticamente o tempo necessário para a convergência, após ocorrer mudança de topologia na rede. 
Uma simples comparação é a convergência do STP, baseada nos seus temporizadores, que pode levar de 30 a 50
segundos para transitar de um estado de bloqueando para o estado de encaminhando. Já o RSTP é capaz de convergir
em menos de 10 segundos de falha de ligação física. 
Os 5 estados do STP foram resumidos a 3 estados operacionais no RSTP. 
Os estados DESATIVADO, BLOQUEIO e ESCUTA foram
incorporados ao estado DESCARTANDO do 802.1w (RSTP). 
Observe a tabela a seguir: 
O estado de aprendizagem do STP também é usado em RSTP, mas com uma pequena diferença: somente durante um
curto período de tempo, em comparação com STP. 
RSTP converge quando todas as portas se encontram no estado de encaminhamento ou no estado de descartando. 
Outra grande vantagem no aceleramento da convergência é que, em caso de falha de 3 mensagens, Hello já inicia o
processo de convergência. No STP, eram necessários 10 mensagens Hello para iniciar os temporizadores de Listening
e Learning. 
A eleição ocorre da mesma forma que no STP. 
RSTP quanto ao tipo de link: 
Edge (Portfast) 
Porta conectada a computadores, telefones IP, impressoras (equipamentos de usuários �nais).
Point-to-Point (p2p) 
Porta conectada em outro Switch.
Shared (Shr) 
Porta conectada a um Hub.
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PORTA EDGE
Para as portas EDGE realizarem a transição rápida de discarding para forwarding, se faz necessária a con�guração
manual de portfast. 
Durante qualquer alteração da topologia do STP, a porta Edge não participará do Spanning-Tree, mas gerará BPDUs por
segurança. 
Porém, se a porta con�gurada como EDGE receber uma BPDU, automaticamente retornará a ser uma porta normal do
STP. 
 
 
POINT-TO-POINT
As portas de interligação entre 2 switches, full duplex, são consideradas ponto a ponto. 
Para acelerar o processo lento de temporizadores, o RSTP utiliza um handshake da seguinte forma: 
Uma porta encaminha uma BPDU proposal e recebe uma con�rmação através de uma BPDU agreemnet. 
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0 - As duas portas entre SW01 e SW02 estão no estado bloqueadas; 
 
1 - SW01 envia uma BPDU proposal; 
 
2 - SW02 bloqueia todas as portas ponto a ponto, não bloqueia as portas
EDGE; 
 
3 - SW02 devolve uma BPDU agreement para SW01(Root Bridge); 
 
4 - SW02 Coloca as portas de interligação ao Root como Root Port, estado
Forwarding; 
 
5 - SW01 coloca a porta que o interliga ao SW02 como porta designada e
Forwarding; 
 
6 - SW02 envia uma BPDU proposal nos enlaces que o interliga aos SW03
e SW04 
 
7 - SW03 e SW04 colocam suas outras portas ponto a ponto em Blocking; 
 
8 - SW03 e SW04 retornam BPDUs agreement para o SW02; 
 
9 - SW03 e SW04 aceitaram a porta de onde receberam a proposal como
sendo suas Root Ports; 
 
10 - SW02 recebeu a BPDU agreement e colocou as portas por onde
recebeu o agreement como Designated Port e no estado Forwarding; 
 
11 - SW03 e SW04 enviam BPDU proposal; 
 
12 - SW04 responde com BPDU agrément; 
 
13 - SW04 coloca sua porta com o Alternate e estato discarding
(semelhante a bloqueado); 
 
14 - SW03 coloca a porta como Designated e Forwarding.
Outra melhora na versão do protocolo ocorre durante mudanças na topologia, como, por exemplo, quebra do caminho
principal. 
Os Switches não terão que esperar o aviso do Switch Root para efetuarem a convergência da topologia (basta receber
um TCN do Switch vizinho). 
Assim, a porta com caminho alternativo poderá mudar imediatamente para o estado de encaminhamento. 
As regras de Portas Root e Designadas são idênticas em ambas versões do STP. 
RSTP papéis da porta da Bridge: 
Root Port 
O melhor caminho para o Root Bridge;
O melhor caminho geralmente é o de menor custo;
O Root Bridge NÃO possui Root Port;
Todas as suas portas são designadas (exceto auto-loop).
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Designated Port 
Porta designada a atender ao segment;
Porta responsável por gerar BPDUs no segmento;
Existe em switches root e não-root.
Alternate Port 
Estado discarding;
O melhor caminho redundante para o Root Bridge;
Em caso de falha da Root Port, torna-se a Root Port;
Em caso de falha da Designated Port do segmento passa para o estado de encaminhando.
Backup Port 
Aplica-se apenas quando um switch possui duas ligações no mesmo domínio de broadcast, ou seja, uma porta
conectada em uma designated port do mesmo switch (loop físico ou auto-loop). 
Exemplo: Um cabo conectado do próprio Switch ou 2 conexões para o mesmo HUB. 
O comando show spanning-tree visualização dos estados das portas do STP em Switches Cisco. 
ATIVIDADES PROPOSTAS
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1 - A evolução do protocolo STP é impulsionada pelos fabricantes de switches, principalmente a Cisco. Realize uma
pesquisa para entender o protocolo MST.
Resposta Correta
2 - A identi�cação do switch no STP é a sua Bridge ID. Que é composto da prioridade concatenada com o endereço
MAC. Possuímos as VLANs 1 e 40. Sabemos que a prioridade padrão do root bridge da VLAN 1 é de 32769. Qual seria
a prioridade padrão do Root Bridge da VLAN 40?
A) 32768
B) 32769
C) 32808
D) 0x0800
E) 0x0801
Justi�cativa
3 - O STP possui um tempo relativamente longo de convergência de 30 a 50 segundos. Se uma porta vai se tornar uma
Root Port ou Designated Port, quais os estados e o tempo, em cada estado, para chegar ao estado de forward?
A) Blocking, listening 15 segundos, learning 15 segundos e Forward.
B) Blocking, learning 15 segundos, listening 15 segundos e Forward.
C) Blocking, listening 20 segundos, learning 15 segundos e Forward.
D) Blocking, listening 15 segundos, learning 20 segundos e Forward.
E) Descarting, listening 15 segundos, learning 15 segundos e Forward.
Justi�cativa
4 - Uns dos aprimoramentos implementados pela CISCO foram UpLinkFast e BackboneFast. Qual a diferença entre os
mesmos?
A) UpLinkFast é para quando a falha é em um link local e o BackBoneFast é para a falha em um link remoto.
B) BackBoneFast é para quando a falha é em um link local e o UpLinkFast é para a falha em um link remoto.
C) BackBoneFast, se receber BPDU, colocará a porta em shutdown UpLinkFast e descartará BPDUs.
D) UpLinkFast é quando a interface é ligada rapidamente e o BackBoneFast quando a ligação do switche ao roteador ocorre
rapidamente.
E) BackBoneFast é para a falha em um link remoto e o UpLinkFast é para a falha em um link remoto.
Justi�cativa
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Glossário
TIPOS DE PORTAS
O tipo de porta determina o comportamento da mesma em relação ao STP.