RETI DI CALCOLATORI Il livello Data Link: Spanning Tree Protocol Allied Telesyn Campus STP Module prof. G. Russo ©2012 ©2012.

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1 RETI DI CALCOLATORI Il livello Data Link: Spanning Tree Protocol Allied Telesyn Campus STP Module prof. G. Russo (grusso@unina.it) ©2012 ©2012

2 2012prof. Guido Russo2 2 Introduzione Introduzione Algoritmo di Spanning-Tree Algoritmo di Spanning-Tree Port States Port States Root Bridge Election Root Bridge Election VLANs and STP VLANs and STP Port Memberships Port Memberships STP Activities STP Activities Troubleshooting Troubleshooting Esempi di configurazione Esempi di configurazione Contenuti

3 2012prof. Guido Russo3 3  Percorsi ridondanti in una rete permettono il flusso di traffico da sorgente a destinazione se il collegamento va in giù  Percorsi ridondanti presentano loop nella rete ed i loop possono provocare seri problemi di rete, particolarmente a livello L2.  Spanning Tree Protocol (STP) disabilita automaticamente i percorsi ridondati sulla rete che generano loops, e li abilita per ridurre i colli di bottiglia per il traffico di rete. Introduzione

4 2012prof. Guido Russo4 4 Alpha Segment Bravo Segment AA A A A A AA AAAA AAAA A A A A I data loops esistono quando due o più nodi su una rete possono trasmettere dati dall'uno o all'altro PC su più di un link A B 2 identical packets ?? Send data to Work Station “B” work station “A” has moved! I’ll send a reply to work station “A” Duplicate Packets from Work Station “B” Duplicate packets returned to sender ??? Both work station have moved! Cosa è il Data Loop?

5 2012prof. Guido Russo5 5 L'algoritmo Spanning-Tree è stato sviluppato per lasciare spazio ad uno e solamente un link attraverso una rete con percorsi ridondanti disponibili ma non attivati. Switch D Switch C P 1 P 2 P 1 P 2 P 3 P1 P 2 P 4 P1 P 2P 3 P 4 Root Bridge Switch B Switch FSwitch E Switch A P 1 P 2 P 1 P 2 P 3 P1 P 2 P 4 P1 P 2P 3 P 4 Root Bridge Switch B Switch F Switch E Switch A Switch C Switch D Spanning-Tree Algirithm

6 2012prof. Guido Russo6 6 L'albero logico, calcolato dall'algoritmo spanning tree ha le proprietà seguenti:  Un solo switch, forma una sola root bridge dell'albero. – La root bridge è un bridge con l'ID Bridge più basso. – Ogni switch in una LAN è identificato unicamente dal suo ID Bridge che comprende la root priority dello switch (parametro dello spanning tree) e del suo indirizzo di Mac.  Ogni switch o LAN nell'albero, omette il root bridge, ( "padre“) che è la porta designata. – Ogni LAN ha un solo switch, connesso alla porta designata che logicamente connette la LAN alla quale lo switch è collegato, la LAN adiacente si connette con il suo root bridge più vicino - "il figlio".  Ogni porta connessa allo switch di una LAN ha un costo associato. Il costo della root path è la somma dei costi per ogni porta tra lo switch e la root bridge. – Il bridge designato per una LAN è lo switch sulla LAN con la root path più bassa, e perciò logicamente più vicino al root bridge. – Se due switch sulla stessa LAN fanno pagare lo stesso costo basso alla root path, lo switch con l'ID bridge più basso è eletto come bridge designato Propietà dello STP

7 2012prof. Guido Russo7 7 BPDUBPDU BPDUBPDUBPDUBPDU BPDUBPDU BPDUBPDU Blocking Link Down BPDU Root Bridge Designated Port Root Port Struttura Spanning-Tree

8 2012prof. Guido Russo8 8 Blocking Scarta titti i data frames. Scarta titti i data frames. Non memorizzare gli indirizzi delle stazioni. Non memorizzare gli indirizzi delle stazioni. Riceve i BPDUs ma non li processa. Riceve i BPDUs ma non li processa. Non trasmette le BPDUs. Non trasmette le BPDUs. Riceve e agisce su messaggi di management. Riceve e agisce su messaggi di management.Listening Scarta titti i data frames. Scarta titti i data frames. Non memorizzare gli indirizzi delle stazioni. Non memorizzare gli indirizzi delle stazioni. Riceve i BPDUs e li processa. Riceve i BPDUs e li processa. Non trasmette le BPDUs. Non trasmette le BPDUs. Riceve e agisce su messaggi di management. Riceve e agisce su messaggi di management. STP Port States

9 2012prof. Guido Russo9 9 STP Port States Learning Scarta titti i data frames. Scarta titti i data frames. Memorizza gli indirizzi delle stazioni e inseriscili nel FDB. Memorizza gli indirizzi delle stazioni e inseriscili nel FDB. Ricevi, processa, e trasmetti le BPDUs. Ricevi, processa, e trasmetti le BPDUs. Riceve e agisce su messaggi di management. Riceve e agisce su messaggi di management.Forwarding Forwards tutti i data frames. Forwards tutti i data frames. Inserisci gli indirizzi delle stazioni nel FDB. Inserisci gli indirizzi delle stazioni nel FDB. Ricevi, processa, e trasmetti le BPDUs. Ricevi, processa, e trasmetti le BPDUs. Riceve e agisce su messaggi di management. Riceve e agisce su messaggi di management.Disabled Non partecipa al forwarding delle frame o dello Spanning-Tree Protocol. Non partecipa al forwarding delle frame o dello Spanning-Tree Protocol.

10 2012prof. Guido Russo10 Root Port Designated Port Alpha Segment Bravo Segment MAC Address 5F-00-03-DE-B1-9A Priority 32768 MAC Address A7-8E-5F-51-0B-7C Priority 32768 Root Bridge Root Port Cost 2/0 Priority 2/128 Priority 2/128 Designated Port BPDUBPDU BPDU BPDUBPDU Priority 32768 20000 BPDUBPDUBPDUBPDU Learning BPDUBPDU Priority 32768 20000 MAC Address A7-8E-5F-51-0B-7C Priority 32768 MAC Address 5F-00-03-DE-B1-9A Cost 2/20 Forwarding Listening AA A A A A BPDU A BPDUBPDU Priority 20000 MAC Address A7-8E-5F-51-0B-7C Priority 32768 MAC Address 5F-00-03-DE-B1-9A BPDU Priority 20000 MAC Address A7-8E-5F-51-0B-7C Cost 2/0 MAC Address 5F-00-03-DE-B1-9A Priority 2/128 A AA A A BPDU Priority 2/128 Cost 2/20 A Learning Forwarding BPDU MAC Address A7-8E-5F-51-0B-7C Priority 32768 20000 Priority 1/128 Cost 1/0 MAC Address 5F-00-03-DE-B1-9A Priority 32768 Priority 1/128 Cost 1/10 Blocked Link Down STP previene la generazione di data loops assicurando che solamente un percorso esiste tra nodi terminali nella rete. Dove esistono percorsi multipli, STP mette i percorsi addizionali in modalità standby or blocking, lasciando solamente il percorso principale attivo. AA A B Cost 2/20 Cost 1/10 Spanning Tree Protocol

11 2012prof. Guido Russo11 Root Bridge Switch A Priority 1 Switch B Priority 10 Switch C Priority 10 Switch D Priority 10 Il primo passo nell'operazione dello Spanning Tree è l'elezione del Root Bridge. Due parametri determinano la Root: o Bridge Priority (Bridge Identifier) o Bridge MAC Address Una volta eletta la Root Bridge tutti gli altri switch non inoltrano più la propria BPDU e forwardano la BPDU solo come Root, a meno che c'è un cambio di topologia. Se c'è un cambio di topologia che la Root deve essere eletta di nuovo. Root Bridge Election

12 2012prof. Guido Russo12 Passo successivo per lo STP è la determinazione della Root Port per ogni switch nella rete. Tutti gli switch, eccetto la Root Bridge, avranno bisogno di determinare la loro Root Port. La Root Port è l'interfaccia sullo switch che riceve la BPDU col costo cumulativo e più basso. Nell'esempio qui: – Port 1 su Bridge B e C, diverranno le root port con un costo di 5 – Port 3 su switch D, diverrà di nuovo la root port con un costo di 5 – Port 2 su switch E, diverrà root port con un costo cumulativo di 15 ricevendo un BPDU dallo switch D dalle porte 3 & 4 Switch A Port costs 0 Switch B Port 1 Cost 5 Port 2 cost 10 Port 3 cost 5 Root Bridge Switch C Port 1 Cost 5 Port 2 cost 10 Switch D Port 1 Cost 10 Port 2 cost 10 Port 3 cost 5 Port 4 cost 5 P 1 P 2 P 1 P 2 P 3 R R R Switch E Port 1 Cost 15 Port 2 cost 10 R P1P 2 P 4 P 3 Root Bridge Election

13 2012prof. Guido Russo13 Una volta che le Root Ports sono state selezionate per ogni intervallo devono essere scelte le Porte Designate. La porta designata, è la porta che ha la Root con il costo più basso per quel intervallo. La porta designata, è la porta che ha la Root con il costo più basso per quel intervallo. In questo esempio, la porta designata per lo switch E è lo switch D Porta 4 e per lo switch F è lo switch B porta 4. In questo esempio, la porta designata per lo switch E è lo switch D Porta 4 e per lo switch F è lo switch B porta 4. Switch A Port costs 0 Switch B Port 1 Cost 5 Port 2 cost 10 Port 3 cost 5 Port 4 cost15 Switch C Port 1 Cost 5 Port 2 cost 10 Switch D Port 1 Cost 10 Port 2 cost 10 Port 3 cost 5 Port 4 cost 5 P 1 P 2 P 1 P2P2 P 2 P 3 Switch E Port 1 Cost 15 Port 2 cost 10 Port 3 cost 10 P1 P 2 P 4 P1 P 2P 3 Switch F Port 1 Cost 5 Port 2 cost 10 P 3 P4P4 D D Root Bridge D D D Determinazione delle porte Designate

14 2012prof. Guido Russo14 Lo Spanning-Tree è creato formando un loop alla topologia all'interno della rete. Questo è fatto selezionando le porte che devono essere membri dello Spanning-Tree e le altre saranno escluse. Le porte che devono essere membri sono messi nello stato di forwarding mentre quelle che non fanno parte vengono messe nello stato Blocking. Nota che le porte che sono parte dello Spanning-Tree sono: – L’Interfacce sulla Root Bridge – La Root Port – La Designated Port – Le Ports not connected allo Spanning-Tree device Queste porte faranno il forward del traffico mentre tutte le altre porte saranno messe in modalità blocking, quindi non passerà nessun traffico. Un albero è formato per essere unico. P 1 P 2 P 1 P2P2 P 2 P 3 P1 P 2 P 4 P1 P 2P 3 P4P4 Root Bridge Switch B Port 1 Cost 5 Port 2 cost 10 Port 3 cost 5 Port 4 cost 15 Switch F Port 1 Cost 5 Port 2 cost 10 Switch E Port 1 Cost 15 Port 2 cost 10 Port 3 cost 10 Switch D Port 1 Cost 10 Port 2 cost 10 Port 3 cost 5 Port 4 cost 5 Switch C Port 1 Cost 5 Port 2 cost 10 Switch A Port costs 0 Spanning Tree Convergenze

15 2012prof. Guido Russo15  Una porta può appartenere ad un solo Spanning Tree entity (STP)  L'appartenenza di STP è per VLAN  Una porta non può essere aggiunta ad una VLAN che è in un STP diverso a meno che quello è una porta di untagged che appartiene alla VLAN di default VLAN and STP

16 2012prof. Guido Russo16 Per creare una STP entity, usare il comando: – CREATE STP=stp-name Per aggiungere alla VLANs una STP entity – ADD STP=stp-name VLAN=2..4094 Enabling STP: STP può essere abilitato con il seguente comando – ENAble STP={stp-name | ALL} – Da questo momento in poi lo STP lavora su questo switch – STP deve essere abilitato su tutti gli switch del network Creating STP Entity

17 2012prof. Guido Russo17 STP  La Root Bridge è il bridge col più basso ID -BridgeID (Bridge Priority + MAC)  MAC non può essere cambiato, la priorità si, così è possibile selezionare la root bridge – SET STP PRIORITY=0..65535  Il FORWARD DELAY (default 15 secondi) è un parametro usato per prevenire i loop provvisori nella rete mentre un loop si propaga nella topologia di rete.  Ogni porta ha una port priority (default 128) usata per determinare quale porta dovrebbe essere la porta root per il STP se due porte sono connessi al loop  Un numero più basso indica la priorità più alta – SET STP={stp-name|ALL} PORT={port-list|ALL} PORTPRIORITY=0..255

18 2012prof. Guido Russo18  Il costo della Port path si usa se la root port per il STP è sullo switch  La pat è usata per determinare il costo totale della path del root bridge  Il PATHCOST di default valuta un range di valori di PATHCOST. I valori dipendono dalla velocità delle porte (19 è il valore di default per porte 10/100)  Per modificare STP port path cost, usare il comando: ⁻SET STP=stp-name PORT=port-list PATHCOST=1..200000000 Port Path Cost

19 2012prof. Guido Russo19 Enabling/Disabling Ports  Per abilitare o disabilitare le porte: ⁻ENABLE STP PORT={port-list|all} ⁻DISABLE STP PORT={port-list|all} Displaying STP Status: Show STP – Informazione generali: ⁻SHOW STP=stp-name Show STP - port information: ⁻SHOW STP=stp-name PORT=port-num Show STP counters: ⁻SHOW STP=stp-name COUNTER STP Commands

20 2012prof. Guido Russo20 STP Troubleshooting Lo Spanning Tree debugging è abilitato con il seguente commando: ⁻ENABLE STP={stp-name|ALL} DEBUG={MSG|PKT|STATE|ALL} PORT={port-list|ALL} [OUTPUT=CONSOLE] [TIMEOUT={1..4000000000|NONE}] Per l’utilizzo dello switch: ⁻SHOw CPU ⁻SHOw STP COUNTERS

21 2012prof. Guido Russo21 RETI DI CALCOLATORI Il livello Data Link: Spanning Tree Protocol Configuration examples prof. G. Russo (grusso@na.infn.it) ©2012 ©2012

22 2012prof. Guido Russo22 Switch A Switch B Switch C Switch D 47 48 46 48 46 47 STP Diagram

23 2012prof. Guido Russo23 Creare un STP entity ⁻CREate STP=ABCD ADD VLANS to entity ⁻ADD STP=ABCD VLAN=2 ⁻ADD STP=ABCD VLAN=3 ⁻ADD STP=ABCD VLAN=4 Enable STP ⁻ENAble STP=ABCD Save Configuration ⁻CREate CONFig=ABCD.CFG ⁻SET CONFig=ABCD.CFG Create & Enable STP

24 2012prof. Guido Russo24 Di default, tutti gli STP members hanno Priority=32768. Per visualizzare la Bridge Priority sullo switch, usare il comando: – SHOW STP=ABCD Lo Switch A designato ha una root bridge – SET STP PRIORITY= 30000 – The PRIORITY value can be any number, provided it must be the lowest Bridge Priority number among all the STP members – The lower the number, the higher the priority Designate Switch A as the Root Bridge

25 2012prof. Guido Russo25 Switch A (Root) Switch B Switch C Switch D 4747 4747 4848 4646 4646 4646 4848 4646 4747 4747 Blocking CURRENT SETUP PATH 1 PATH 2 Change Forwarding to Blocking State

26 2012prof. Guido Russo26 Switch B Switch C Switch D 47 48 46 48 46 47 Blocking PROPOSED SETUP Switch the port states of Switch D port 46 and 47 PATH 1 PATH 2 Change Forwarding to Blocking State Switch A (Root)

27 2012prof. Guido Russo27 To switch the port states of Switch D port 46 and 47: – SET STP POrt=46 PATHCOST=50 Port 46 now will change from Forwarding to Blocking state and vice-versa for Port 47 Port 47 (Path 2) now was prioritized since its PATHCOST (38) now is lower than Port 46 (Path 1) Change Forwarding to Blocking State