Redundantná káblová sieť s STP: Kompletný praktický sprievodca

V moderných sieťach je fyzická redundancia nevyhnutná, aby sa predišlo prestojom v prípade poruchy, ale tá istá redundancia môže spôsobiť slučky na druhej vrstve, ktoré všetko zastavia. Protokol Spanning Tree alebo STP je ochranou prevádzky, ktorá týmto slučkám zabraňuje. bez toho, aby ste sa vzdali záložných odkazov.

Ak pracujete s prepínaním a redundantnými linkami, STP je jeden zo základov, ktoré by ste mali zvládnuť. Jeho logika vytvára stromovú logickú topológiu bez slučiek., blokuje nadbytočné cesty a v prípade zlyhania v priebehu okamihu reaktivuje alternatívne spojenie, čím udržiava sieť v prevádzke.

Čo je STP a prečo je kľúčový v redundantných sieťach?

STP vznikol z algoritmu, ktorý v 80. rokoch navrhla Radia Perlman, a bol štandardizovaný štandardom IEEE 802.1D a je súčasťou... sieťové protokoly. Pracuje na druhej vrstve modelu OSI. a jeho poslanie je jednoduché: umožniť existenciu redundantných fyzických spojení, ale zabrániť vytváraniu prepínacích slučiek, ktoré by spúšťali vysielacie búrky.

Vo vrstve 2 nie je pole TTL ako vo vrstve 3, takže Ak sa vygeneruje slučka, vysielacie a multicastové rámce môžu cirkulovať donekonečna., čo spotrebúva šírku pásma a procesor do takej miery, že LAN je nepoužiteľná. STP rieši tento problém generovaním jednej aktívnej logickej cesty a ostatné blokuje ako zálohy.

Historicky koexistovali dve pôvodné verzie, DEC a IEEE, ktoré neboli navzájom kompatibilné. Dnes sa odporúča verzia IEEE a v praxi RSTP (802.1w) nahradil pôvodný STP. kvôli oveľa rýchlejším časom konvergencie. Okrem toho v roku 2012 IEEE schválila premostenie najkratšej cesty 802.1aq ako evolúciu, ktorá v určitých scenároch nahradí 802.1D, 802.1w a 802.1s.

Praktický detail: Spanning tree zostáva v platnosti, kým sa nezistí zmena topológie.; v niektorých kontextoch sa jeho maximálna životnosť považuje za predĺženú až o päť minút, ak sa neaktualizuje, hoci v produkčnom prostredí je skutočná kontrola vykonávaná časovačmi a BPDU vymieňanými medzi prepínačmi.

Ako funguje STP: Root Election, porty a BPDU

Logika STP spočíva v logickej eliminácii redundantných ciest. Najprv si vyberte koreňový prepínač a odtiaľ vypočítajte stromovú topológiu ktorý určuje, ktoré porty sa majú presmerovať a ktoré sa majú blokovať, aby sa predišlo slučkám.

Elección del Koreň Most. Po spustení sa každý prepínač považuje za koreňový prepínač a odosiela BPDU s vlastným identifikátorom koreňového prepínača a odosielateľa. Koreňový most sa rozhoduje podľa najnižšieho ID mosta, ktorá pozostáva z konfigurovateľnej priority a MAC adresy; predvolená priorita je zvyčajne 32768 a odporúča sa nastaviť ju na násobky 4096, ak chcete vynútiť, kto bude root.

Porty a náklady. Po výbere koreňového adresára, Každý prepínač vypočíta svoj koreňový port, port s najnižšími nákladmi pre koreňový prepínač.Cena je súčtom nákladov na spojenia pozdĺž cesty a súvisí so šírkou pásma (vyššie rýchlosti, nižšie náklady). Táto cena je parameter pre každý port, ktorý je možné upraviť, ak potrebujeme vynútiť trasy.

Určené a blokované porty. Na každom segmente zdieľanom medzi dvoma zariadeniami, Vyberie sa určený port, ktorý ponúka najlepšiu cestu ku koreňovému serveru.Nekoreňové a neurčené porty sú umiestnené v blokovacom stave, aby sa prerušila slučka a fungovali ako záložná možnosť v prípade zlyhania spojenia.

Určený most. Ak sa naň pozriete podľa zariadenia, Prepínač s najnižšími nákladmi na koreň v segmente sa považuje za určený prepínač. pre daný segment a jeho pridružený port je určený port.

Stavy portov. V klasickom STP môže byť port blokujúci, počúvajúci, učiaci sa, preposielajúci alebo zakázaný. Typický prechod zahŕňa počúvanie a učenie sa pred presmerovaním.a oneskorenie presmerovania je zvyčajne 15 sekúnd na stav, definované koreňom. RSTP tento proces výrazne zrýchľuje.

Časovače a konvergencia. Prepínače si pravidelne vymieňajú konfiguračné BPDU, zvyčajne každé 2 sekundy.Tieto správy umožňujú sieti zostať synchronizovaná, detekovať zmeny a v prípade potreby prepočítať strom.

BPDU a cieľová adresa. BPDU sa odosielajú s cieľovou adresou multicastu rezervovanou protokolom STP 01:80:C2:00:00:00. s použitím MAC adresy portu, ktorý vysiela BPDU, ako zdrojaV pôvodnom STP existujú dva typy: Konfiguračná BPDU pre výpočet stromu a TCN BPDU pre oznamovanie zmien topológie.

Topológia sa mení. Keď sa zmení stav portu alebo dôjde k výpadku spojenia, prepínače generujú TCN smerom ku koreňuUrčený prepínač, ktorý prijme toto oznámenie, odpovie normálnou BPDU s nastavením bitu TCA a koreňový prepínač rozošle oznámenie o zmene do celej siete a požaduje rýchle starnutie tabuľky MAC adries na stabilizáciu presmerovania.

Správanie pri pripájaní zariadení. Ak pripojíte hostiteľa k štandardne nakonfigurovanému portu, Vstup do prístavu bude trvať približne 30 sekúnd pretože musí prejsť procesom počúvania a učenia sa spracovaním BPDU. Ak je na druhej strane prepínač a toto spojenie vytvorí slučku, port môže zostať zablokovaný.

Verzie, praktická konfigurácia a odporúčania

RSTP a MSTP. Rýchly spanning tree (802.1w) znižuje konvergenciu minút na sekundy a je vhodný vo väčšine dnešných prostredí. Multiple Spanning Tree (802.1s) umožňuje mapovanie viacerých inštancií do skupín VLAN, čím sa optimalizuje prevádzka pozdĺž rôznych logických ciest.

STP pre jednotlivé VLAN. V implementáciách pre jednotlivé VLAN, Na inštanciu môže byť jeden koreňový most, čo umožňuje vyvažovanie záťaže medzi sieťami VLAN. Niektorí výrobcovia ponúkajú PVST+ a RPVST+, ktoré prevádzkujú štandard 802.1D alebo 802.1w na sieť VLAN s funkciami ako PortFast, UplinkFast, BackboneFast, BPDU Guard, BPDU Filter, Root Guard a Loop Guard.

SPB 802.1aq. Premostenie najkratšej cesty bolo schválené v roku 2012 zjednodušiť rozsiahle domény vrstvy 2 a v určitých scenároch nahradiť štandardy 802.1D, 802.1w a 802.1s, hoci jeho nasadenie závisí od vybavenia a potrieb siete.

Logické kroky STP. Na vytvorenie topológie bez slučiek algoritmus postupuje podľa týchto krokov: zvoliť koreňový most, vybrať koreňové porty na nekoreňových portoch, definovať určené porty pre každý segment a blokovať alternatívyTýmto spôsobom sa získa jedna aktívna logická trasa medzi ľubovoľnou dvojicou bodov.

Typické topológie. V kruhoch s niekoľkými prepínačmi, STP alebo RSTP blokuje jeden z odkazov v kruhu a zvyšné prepínače udržiavajte pripravené na reakciu pri prvej poruche. Odporúča sa mať všetky prepínače nakonfigurované pred ich prepojením, aby sa predišlo búrkam v topánka.

Stanovenie priorít. Vynútiť si, kto bude koreňom, Zníži prioritu požadovaného prepínača pod predvolenú hodnotu 32768 v násobkoch 4096; v prípade remízy vyhráva najnižšia MAC adresa. V MSTP sa bežne používa označenie CIST a s ním spojená priorita.

Cena trasy. Cena sa účtuje za port a závisí od typu pripojenia (Ethernet, FastEthernet, GigabitEthernet atď.). Náklady na port môžete manuálne upraviť ovplyvniť výber trasy a vynútiť si preferované trasy.

Edge a PortFast. Na prístupových portoch, kde pripájate hostiteľov, aktivovať režim edge alebo PortFast takže port prepne na presmerovanie takmer okamžite a nečaká na oneskorenia počúvania a učenia.

Kompatibility a výnimky. Na niektorých zariadeniach, Nemôžete súčasne povoliť mechanizmy STP a detekcie slučiek. na tom istom porte; samotný prepínač vás vyzve na výber. Okrem toho, neopatrné miešanie verzií STP môže spôsobiť problémy s interoperabilitou.

Typické kroky grafického rozhrania. Na spravovaných prepínačoch je postup zvyčajne nasledovný: Globálne povoľte STP alebo RSTP, povoľte ho na požadovaných portoch a overte inštanciu.Priorita mosta sa nastavuje v globálnych parametroch a režimy edge sa aplikujú pre každý port.

Príklad konfigurácie rozhrania príkazového riadka. Na mnohých zariadeniach sa postupnosť podobá nasledujúcej: Povoľte protokol globálne, nastavte prioritu, ak chcete byť root, aktivujte ho na portoch a overte stav..

konfigurovať terminál
globálny stav spanning-tree povoliť prioritu spanning-tree 24576 rozsah rozhrania ethernet 1/0/1-8 stav spanning-tree povoliť rozsah rozhrania ethernet 1/0/9-16 stav spanning-tree zakázať rozhranie ethernet 1/0/3 spanning-tree portfast edge end zobraziť spanning-tree

Monitorovanie a overovanie. Z akéhokoľvek uzla, skontrolovať stav inštancie aby sa potvrdilo, kto je koreňový užívateľ a ktoré porty presmerovávajú alebo blokujú. Ak je port aktívny, jeho stav bude presmerovanie; ak je dočasne neaktívny, aby sa predišlo slučkám, zobrazí sa ako blokujúci.

Vysielacie búrky a bežné príčiny. Slučky spôsobujú duplikáciu a neobmedzené preposielanie rámcov, prudko stúpajúca spotreba a znižujúci sa výkon v priebehu niekoľkých sekúndMedzi bežné príčiny patrí zlá konfigurácia, ktorá neblokuje redundantné porty, pomalá konvergencia štandardného STP zoči-voči zmenám a neopatrné miešanie variantov.

Osvedčené postupy, ako sa im vyhnúť. Vždy, keď je to možné, používajte RSTP alebo MSTP. správne nakonfigurovať porty a priority, monitoruje udalosti BPDU a TCN a aplikuje ochrany, ako napríklad BPDU Guard na používateľských portoch, aby prerušil nechcené pripojenia z nespravovaných prepínačov.

Jemné detaily algoritmu. Každá BPDU obsahuje identifikátor mosta s prioritou, MAC adresou a rozšíreným systémovým ID. Základné prvky pre logiku rozdelenia remíz a výberu portuAk protokol zlyhá a aktivujú sa dva linky, ktoré by nemali byť aktivované, vytvorí sa slučka, takže monitorovanie a časovače sú kritické.

Čo sa stane, keď zlyhá spojenie? Ak je aktívny kmeň prerušený, Prepínač odblokuje predtým blokovaný alternatívny port a obnoví pripojenie. Keď sa spojenie obnoví, sieť sa opäť zblíži a port sa môže vrátiť k blokovaniu, aby sa vrátil k topológii bez slučiek.

Odporúčané poradie nasadenia: Najprv nakonfigurujte protokol na všetkých prepínačoch. potom ich prepojte a overte, či výpočet vybral správny koreň a portyTýmto spôsobom minimalizujete riziko búrok počas procesu spúšťania.

Podrobné stavy portov. Blokovanie: Prijíma BPDU, zahadzuje dáta a neučí sa MAC adresu. Počúvanie: Určuje trasy, pokračuje bez presmerovania. Učí sa: Naplní tabuľku MAC adries, ale zatiaľ nepreposiela. Forward: Preposiela a učí sa. Off: Nespracováva BPDU ani dáta z dôvodu zlyhania alebo správy.

Frekvencia BPDU. Predvolene BPDU sa odosielajú každé 2 sekundyKoreň definuje časovače siete a ostatné prepínače prijímajú tieto hodnoty na synchronizáciu správania.

TCN a TCA. Keď prepínač zistí zmenu, vysiela TCN cez svoj koreňový portUrčený prepínač, ktorý prijme oznámenie, odošle konfiguračnú BPDU s potvrdzovacím bitom TCA a proces pokračuje v reťazci až ku koreňovému prepínaču, ktorý označí svoje BPDU príznakom zmeny, aby sa urýchlilo starnutie tabuľky adries.

Rozsahy a varianty v produkcii. V sieťach s mnohými VLAN, PVST+ alebo RPVST+ umožňujú jednu inštanciu na VLAN na rozloženie záťaže a trás. V prostrediach, kde je požadované zoskupovanie VLAN podľa topológie, MSTP poskytuje až 16 inštancií RSTP na mapovanie sád VLAN na každú inštanciu.

Nad rámec štandardu. Hoci STP je pôvodný pre 2. vrstvu, Prepínače vrstvy 3 implementujú tieto funkcie aj vo svojej prepínacej rovine. aby sa predišlo väzbám vo vysielacích doménach, integráciou so smerovaním vrstvy 3, kde je to vhodné.

Časté chyby, ktorým sa treba vyhnúť: Nenastavenie priority, keď viete, ktoré zariadenie by malo byť root, ponechať prístupové porty bez edge módu, miešanie variantov bez plánu alebo spoliehanie sa na predvolené hodnoty bez overenia výslednej topológie sú skratky, ktoré zvyčajne stoja veľa.

Operatívne poradenstvo. Ak potrebujete ovplyvniť cestu ku koreňu bez toho, aby ste ovplyvnili priority, upravuje náklady na porty na príslušných prepojeniachJe to skvelý nástroj na prevrátenie rovnováhy v remízach alebo na optimalizáciu rastúcich ciest.

STP a jeho varianty vám umožňujú budovať siete s vysokou dostupnosťou a predvídateľným správaním. Kľúčom je zvládnuť výber koreňa, nákladov, štátov a ochrána nasadzujte s disciplínou: najprv nakonfigurujte, potom pripojte a vždy monitorujte.

Súvisiaci článok:

Najbežnejšie sieťové protokoly: čo sú, ich typy a ako fungujú

Isaac

Vášnivý spisovateľ o svete bajtov a technológií všeobecne. Milujem zdieľanie svojich vedomostí prostredníctvom písania, a to je to, čo urobím v tomto blogu, ukážem vám všetko najzaujímavejšie o gadgetoch, softvéri, hardvéri, technologických trendoch a ďalších. Mojím cieľom je pomôcť vám orientovať sa v digitálnom svete jednoduchým a zábavným spôsobom.