STP - Spanning Tree Protocol

Videotutorial STP
Videotutorial 2 - STP

INCONVENIENTES CON LA REDUNDANCIA 

Al tener una red de alta redundancia en base al diseño jararquico, tanto fisicamente como logicamente se pueden presentar inconvenientes con la redundancia, como: 

1) Duplicidad de paquetes: Este problema se genera cuando hay dos medios para el envio de los paquetes y ambos se estan utilizando, generando la duplicidad en el envio de los paquetes.

2) Incosistencia en la tabla de MAC-ADDRESS: Al tener varios medios de envio y recepcion para los paquetes la mac address, el switch mantendra la tabla cambiando la mac address por la que vaya conociendo. 

3) Tormenta de Broadcast: Este problema se genera cuando existe un loop de broadcast en la red, provocando severos daños en la red.

SPANNING TREE PROTOCOL

Este protocolo asegura que exista solo una ruta logica entre todos los destinos de la red, al realizar un bloqueo de forma intencional a aquellas rutas redundantes que puedan ocasionar un bucle. Un puerto se considera bloqueado cuando el trafico de la red no puede ingresar ni salir del puerto. 

STP utiliza el algoritmo de spanning tree (STA) para determinar los puertos del switch de la red que deben de configurarse para el bloqueo a fin de evitar que de generen bucles. El STA designa un unico switch como raiz y lo utiliza como punto referencia para todos los calculos de rutas. 

La BPDU es la trama de mensaje que se intercambia entre los switches en STP. Cada BPDU contiene un BID que identifica al switch que envio la BPDU. El BID contiene un valor de prioridad, la direccion MAC del switch emisor y un ID de sistema extendido opcional. 

El numero prioridad por defecto en el BID es 32768. 

Si existen 2 switches con el mismo numero de prioridad la  direccion MAC será la que determinará quien sera la raiz con la direccion mac mas baja. 

Para asignar a un switch distribuidor que este sea el raiz, a este se le debe de asignar la vlan mas baja al numero de prioridad. 

CONFIGURACION STP

METODO 1, PARA CONFIGURACION DE UN SWITCH COMO RAIZ

Modo de configuracion global: 

switch(config)# spanning-tree vlan 1 root primary - Con esta linea sera configurado un switch como distribuidor primario

Si se requiere un secundario: 

switch(config)# spanning-tree vlan 1 root secondary

METODO 2, PARA CONFIGURACION DE UN SWITCH COMO RAIZ

switch(config)# spanning-tree vlan 1 priority 32768

PARA VERIFICAR LA CONFIGURACION: 

show spanning-tree: Mostrará un detalle de como esta configurado STP. 

This bridge is the root - Esta linea nos indica que ese switch es la raiz. 

Priority - Nos indica el numero de la prioridad, y si ha sido asignado a una VLAN.

CONTROL DE STP

Se refiere al conocimiento de como esta funcionando este protocolo para la deteccion de fallas y poder corregirlas a tiempo para no tener afectaciones en la red. 

TIEMPOS DE CONVERGENCIA

Los tiempos de convergencia se pueden dar de varias maneras: 

- Si se requiere el tiempo de convergencia para un usuario se puede habilitar PORT FAST, lo que hace que se deshabilite spanning tree en el puerto donde es configurado. 

- Para evitar que sea deshabilitado STP existen dos modos de convergencia, los cuales se habilitan en puertos de modo truncal: 

1) UpLinkFast: El cual opera a nivel de equipo, es decir, se configura en el switch. 

2) BackBoneFast: El cual opera y es habilitado a nivel de interfaz, es decir, se habilita en un puerto. 

ADMINISTRACION DE STP POR VLAN

PROPIETARIOS DE CISCO

1) PVST

- Utiliza el protocolo de enlace troncal ISL propiedad de CISCO. 

- Cada vlan cuenta con una instancia de spanning tree.

- Tiene la capacidad de balancear la carga de trafico de la capa 2. 

- Incluye las extensiones backbone, uplinkfast y portfast. 

2) PVST +

- Admite ISL y enlace troncal IEEE 802.1q
- Admite las extensiones de STP propiedad de cisco.
- Agrega mejoras en la proteccion de BPDU y en la proteccion de raiz.

3) PVST + rapido

- Basado en el estandar IEEE 802.1w
- Posee convergencia mas veloz que 802.1d.

ESTANDAR IEEE

1) RSTP

- Presentado en 1982, brinda una convergencia mas veloz que 802.1d
- Implementa versiones genericas de las extensiones de STP propiedad de CISCO.
- IEEE incorporo RSTP dentro de 802.1d identificando la especificacion como IEEE 802.1d-2004.

2) MSTP

- Pueden asignarse varias VLAN a una misma instancia de spanning-tree
- Inspirado en el protocolo de spanning tree de multiples instancias (MISTP) de cisco.
- IEEE 802.1q-2003 ahora incluye a MSTP.

VTP - Vlan Trunking Protocol

Videotutorial VTP

VTP

El VTP permite al administrador de red configurar un switch de modo que este propagará las configuraciones de la VLAN  hacia los otros switches en la red. 

El switch se puede configurar en diferentes funciones VTP. 

BENEFICIOS DE VTP

VTP tiene muchos beneficios para la administracion de la red, como: 

- Consistencia en la configuracion de la VLAN a travez de la red. 

- Seguimiento y monitoreo preciso de las VLAN. 

- Informes dinamicos sobre las VLAN que se agregan en una red. 

- Configuracion de enlace troncal dinamico cuando las VLAN se agregan a la red. 

COMPONENTES Y MODOS DE VTP

- DOMINIO DE VTP: Consiste en uno o mas switches interconectados. 

- PUBLICACIONES DE VTP: Es la jerarquia de las publicaciones VTP para distribuir y sincronizar las configuraciones de la VLAN a traves de la red. 

- DEPURACION DE VTP: La depuracion del VTP aumenta el ancho de banda disponible para la red mediante la restriccion del trafico saturado a esos enlaces troncales que el trafico debe utilizar para alcanzar los dispositivos destino. 

- MODO SERVIDOR: Este modo publica la informacion VLAN en el dominio VTP. Tambien guardan la informacion de todo el dominio en la NVRAM. En este modo VTP la VLAN puede ser creada, eliminada o renombrada para el dominio. 

- MODO CLIENTE: Este modo VTP funciona de la misma manera al modo servidor pero no pueden crear, cambiar ni eliminar las VLAN en el modo cliente. Este modo solo guarda la informacion del dominio mientras el switch se encuentra activado; en un reinicio del dispositivo se borra la informacion de la VLAN. 

- MODO TRANSPARENTE:  Este modo VTP envia publicaciones a los clientes y servidores. Las VLAN que se crean, redominan o se eliminan son locales y pertenecen solo a ese switch.

NUMERO DE REVISION VTP

El numero de revision de VTP es el numero de la configuracion de 32 bits que indica el nivel de revision para una trama de VTP. El numero de configuracion predeterminado para un switch es cero. 

Cada vez que se agrega o elimina una VLAN, se aumenta el numero de revision de configuracion. Cada dispositivo de VTP rastrea el numero de revision de configuracion del VTP que se le asigna. 

El numero de revision de la configuracion determina si la informacion de configuracion recibida del otro switch habilidato por el VTP es mas reciente que la version guardada en el switch. 

NOTA: Un cambio de nombre de dominio del VTP no aumenta el numero de revision. En su lugar, reestablece el numero de revision a cero. 

CONFIGURACION VTP

En modo de configuracion global: 

switch(config)# vtp domain nombredeldominio

switch(config)# vtp mode server/client/transparent

NOTA: Para configurar VTP los puertos del switch deben de estar habilitados como troncales. 

VLAN - Virtual Local Area Network

Videotutorial de Vlan's.

VLAN: Ayuda a segmentar la red y a tener menos usuarios dentro de la red, permitiendo un mejor rendimiento.

-- La cantidad de usuarios que deben de tener las  VLAN sera de acuerdo al numero de usuarios que soporta una red clase C, que indica que soporta hasta 254 usuarios.

-- Area de trabajo: En las VLAN se deben de concentrar a los usuarios que interactuan entre si, separandolas por areas de trabajo.

TIPOS DE PUERTO EN EL SWITCH

• DE ACCESO: Pertenece a una sola VLAN. 
• TRONCAL: Pertenece a todas las VLAN definidas en el switch. 

El switch puede soportar cierta cantidad de VLAN de acuerdo a la capacidad del dispositivo: 

RANGO DE VALORES: 1 - 1005

EXTENDIDO: 1006 - 4094

VLAN'S CREADAS: 255,500 ó 700. 

TIPOS DE VLAN

• VLAN NATIVA/PREDETERMINADA: Es la vlan #1 y es la predeterminada a los puertos. 
• VLAN'S DEDICADAS A DATOS 
• VLAN'S DEDICADAS A VOZ. 

VLAN'S POR ASIGNACION

• ESTATICA: Se asigna de forma manual a un puerto en el switch. 
• DINAMICA: Se asigna de forma automatica, utilizando un sistema mas complejo, el cual requiere de mas inversion para poder implementarse. 

TRONCALES 

Permiten el paso de diferentes vlan mediante dos metodos: 

1. ISL (Inter Switching Link): La trama contiene adicionalmente un identificador que contiene la vlan a la que pertenece, dejando el resto sin modificaciones. Pertenece a CISCO.
2. 802.1Q/DOT1Q: El vlan id esta contenido en el header de la trama.  

Conceptos basicos del Switch

Videotutorial 1
Videotutorial 2

ETHERNET/802.3

En un bus de datos se utiliza una noma llamada CSMA/CD, la cual es utilizada para la deteccion de una portadora y deteccion de colisiones respectivamente. 

En este metodo de acceso CSMA/CD, todos los dispositivos de red que tienen mensajes para enviar, deben de escuchar antes de transmitir. Si un dispositivo detecta la señal de otro, espera un periodo de tiempo determinado antes de poder transmitirla.

CSMA: Se encarga de veri ficar que la portadora se encuentre disponible para que esta se pueda ocupar. 

CD: Detecta las colisiones en el bus de datos cuando la portadora se encuentra ocupada. 

Cuando existe una colision en cualquier parte del bus, a toda el area que abarca el bus se le conoce como bus dominio de colision. 

TIPOS DE MENSAJES QUE SE PUEDEN ENVIAR 

Unicast: 1 solo destino. Es la transmision predominante en las LAN y en internet. 

Broadcast: Todos son el destino. Este tipo de transmision es fundamental cuando se envia el mismo mensaje a todos los dispositivos de la LAN. 

Multicast: Tiene un grupo o destino especifico. En este caso, los clientes de este tipo de transmision, deben de pertenecer a un grupo multicast para poder recibir la informacion. 

A toda la el area que comprende el bus tambien se le conoce como dominio de broadcast. 

TRAMA DE ETHERNET 

Esta compuesta por 3 partes principales: 

• Header.
• Paquet.
• Trailer.

1) El header de la trama de ethernet contiene los siguentes elementos: 

• Iniciador de la Trama: Se utiliza para la sincronizacion entre los dispositivos emisores y receptores. 

• Direccion  Mac Origen: Es el identificador del receptor deseado.  
• Direccion Mac Destino: Identifica la NIC o interfaz de origen de la trama. 
• Campo de opciones que contiene: La longitud exacta de datos de la trama.    

2) El paquete contiene:

• Un campo de relleno: que contiene la informacion encapsulada de una capa superior, que es una PDU generico, un paquete de IPv4. 

3) El trailer contiene: 

• Un campo secuencia de verificacion de la trama: Que sirve para la deteccion de errores en la trama. Utiliza una comprobacion de redundancia ciclica (CRC, cyclic reduncancy check). 

MAC ADDRESS

Es una direccion ethernet cuyo valor es binario, la cual esta compuesta de 48 bits y esta conformada de 2 partes y se expresa de 12 digitos hexadecimales.

Los dispositivos conectados a la LAN Ethernet tienen interfaces con direcciones MAC. La NIC utiliza la direccion MAC para determinar si deben pasar los mensajes a capas superiores para su procesamiento. Algunos fabricantes permiten que se modifiquen las direcciones MAC de manera local. La direccion MAC esta compuesta de la siguiente manera: 

Los primeros 24 bits, que estan definidos por el OUI (Identificador Exclusivo de la Organizacion), que define la marca. 

Los otros 24 bits, es un numero consecutivo, definido por el numero de serie. 

DUPLEX

Se utilizan dos tipos de parametros duplex para las comunicaciones en una red ethernet, half duplex y full duplex. 

1) Half Duplex: Se basa en un flujo de datos unidireccional, en el que el envio y la recepcion de datos no se producen al mismo tiempo. Las comunicaciones half-duplex presentan problemas de funcionamiento, debido a la constante espera, ya que el flujo solo se produce una vez. 

2) Full Duplex: En este tipo de comunicacion el flujo de datos es bidireccional, por lo que la informacion puede enviarse y recibirse al mismo tiempo. En comparacion con half duplex, la capacidad bidireccional mejora el rendimiento, reduciendo el tiempo de espera entre las transmisiones.

Modo de configuracion del puerto:

El puerto del switch se debe configurar con parametros duplex que coincidan con el tipo de medio. Se cuentan con tres parametros:

- Auto: Cuando este modo se encuentra habilitado, los dos puertos se comunican para decidir el mejor modo de funcionamiento.

- Full: Establece el modo full-duplex.
- Half: Establece el modo half-duplex.

DIRECCIONAMIEMTO MAC Y TABLAS DE DIRECCIONES MAC EN LOS SWITCHES

Los switches emplean direcciones Mac para dirigir las comunicaciones de red a traves de su estructura al puerto correspondiente hasta el nodo destino.

El switch determina como manejar las tramas de datos mediante la tabla de direcciones MAC. El switch graba las direcciones MAC de los nodos que se encuentran conectados en cada uno de los puertos.

ANCHO DE BANDA Y RENDIMIENTO

El rendimiento del ancho de banda juega un factor importante, ya que dependiendo de este se podran aumentar o disminuir las colisiones generadas en un puerto, y de esto dependera si el puerto tendra mayor o menor ancho de banda.

LATENCIA DE RED

Es el tiempo que le toma a una trama hacer el recorrido desde la estacion origen hasta si destino final. La latencia depende de tres factores:

1) El tiempo que la NIC origen aplica los pulsos de voltaje en el cable, y el tiempo de la NIC destino interpreta los puslsos.

2) El retardo de propagacion, es decir, lo que la señal tarda en recorrer el cable.
3) La latencia aumenta seguir los dispositivos de red que se encuentren en la ruta entre dos dispositivos.

METODOS DE REENVIO DE PAQUETES EN EL SWITCH 

1) Metodo de conmutacion por almacenamiento y envio: 

El switch recibe toda la trama y la analiza, verifica que la trama este libre de errores; si tiene errores la trama ya no pasa a la MAC origen y destino. 

2) Metodo de conmutacion por metodo de corte: 

- Por envio rapido: Se verifica a que Mac destino se enviara, pero no valida la deteccion de errores. 

- Libre de fragmentos: Verifica la trama en su longitud minima (64bytes)

TIPOS DE TRAMAS

- HUNTS: Su longitud es de menos de 64 bytes. 

- GIANTS: Su longitud es mayor a los 1518 bytes. 

CONMUTACION SIMETRICA Y ASIMETRICA

1) CONMUTACION ASIMETRICA: 

Permite un mayor ancho de banda dedicado al puerto de comunicacion del servidor para evitar que se produzcan cuellos de botella, brindando una mejor calidad en el flujo de trafico, donde varios clientes se comunican con un servidor al mismo tiempo, haciendo uso de buffers de memoria en un switch asimetrico. 

2) CONMUTACION SIMETRICA: 

En este caso, todos los puertos cuentan con el mismo ancho de banda. Este tipo de conmutacion se ve optimizada por una carga de trafico distribuida de manera uniforme. 

TIPOS DE BUFER DE MEMORIA

1) BASADA EN PUERTO: Las tramas se almacenan en colas conectadas a puertos de entrada y de salida especificos. 

2) DE MEMORIA COMPARTIDA: Deposita todas las tramas en un bufer de memoria comun que comparten todos los puertos del switch. 

CONMUTACION POR TIPO

- CAPA 2: Se lleva a cabo la conmutacion basada en MAC-ADDRESS

- CAPA 3: Se lleva a cabo la conmutacion basada Direcciones IP. 

Arquitectura de la red LAN

LAN (Local Area Network) - Red de Area Local.

- Protocolos de capa 2: Ethernet.

EoMPLS: Este protocolo permite conectar redes LAN en equipos sin importar la distancia a la cual se encuentren conectados.

MODELO JERARQUICO DE RED


- ACCESO: Conecta a los usuarios finales y concentra los dispositivos.
- DISTRIBUCION: Controla el trafico y define las politicas. Los equipos de esta capa deben de tener una alta disponibilidad, es decir, que en caso de algun fallo exista algun otro equipo disponible que sirva como respaldo para que la red no sufra ningun daño.

- NUCLEO: La capa de nucleo solo interconecta a la capa de distribucion a una alta velocidad (BACKBONE).

BENEFICIOS DEL MODELO DE RED JERARQUICO

- Escalabilidad: El crecimiento de la red se da sin afectacion del diseño de la misma.

- Redundante: Tener siempre caminos alternativos y tolerante a fallos.

- Rendimiento: La red siempre tendra un mejor rendimiento en este modelo de red.

- Seguridad: Se tiene un mejor control en las politicas de seguridad.

- Facil administracion.

DIAMETRO DE LA RED


Es la cantidad de dispositivos que se tiene que recorrer para que haya conectividad entre 2 o mas dispositivos.

Ejemplo: Se tiene una computadora (X) y una computadora (Y), interconectadas en una red LAN a traves de 7 lan switches. Se requiere conexion de 'Y' a 'X'. El diametro de la red es de 7 ya que este numero son el numero de dispositivos lan switch que tiene hay que recorrer para que exista la conexion entre 'X' y 'Y'.

AGREGACION DEL ANCHO DE BANDA

Este es un factor muy importante a considerar en la red, ya que el ancho de banda se tiene que agregar de modo que este no cause conflictos en los enlaces y la red pueda funcionar de manera correcta.

RED CONVERGENTE

Es aquella red que soporta diferentes tipos de trafico a traves del enlace. Existen puertos en un switch que aseguran que la red sea convergente, como:

- PoE(Power Over Ethernet)

Tambien existe el QoS, encargado de asegurar la calidad en el servicio, dando prioridades de la siguiente manera:

1. Voz. 
2. Video. 
3. Datos.  

- MLS (MultiLayer Switching - Multicapas entre switches). Esto permite el ahorro de trafico en la red, sin necesidad de tener un router, configurando ciertas funcionalidades en el switch.

INTRODUCCION AL SWITCH

Modo RPS: Indica si se encuentra habilitada otra fuente de energia para el switch.
Modo Status: Muestra si el puerto se encuentra en modo operacional.
Modo Utilizacion: Indica la utilizacion del CPU del equipo.
Modo Duplex: Indica que puertos son full duplex o half duplex.
Modo velocidad: Indica la velocidad a la que se encuentran los puertos.

MODOS EXEC


switch > usuario
switch # privilegiado
switch (config)# configuracion global
switch (config - xx) Modo de configuracion especifico.

switch > enable
switch # configure terminal
switch (config)# int fas 0/0
switch (config - if)#

ARRANQUE DEL SWITCH


-  CARGADOR DE ARRANQUE DE LA NVRAM: Tiene como funciones:

1) Inicializar el CPU a bajo nivel: Carga una version del s.o.
2) POST: Power Onsefl Test.
3) Inicializa el sistema de archivos flash.
4) Carga el s.o. en memoria, utilizando el archivo "config.text", el cual reside en la flash.

TIPOS DE MEMORIA


- ROM: En esta memoria se encuentra el s.o. raiz y permite inicializar el CPU para llevar a cabo el POST.

- FLASH (NVRAM, No Volatil RAM): Existe el s.o. y adicionalmente el archivo de configuracion inicial config.text.

- DINAMIC RAM: En esta memoria residen las tablas de operaciones del dispositivo, la cual se aloja en la flash.

- VLAN.DAT: En este archivo se mantienen todas las VLAN que se hayan creado, y se aloja en la flash.

MODO DE CONFIGURACION VLAN

switch # vlan database
switch (vlan) # (#: es un numero que se le asigna a la vlan)

* Al estar dentro de modo de configuracion vlan, se modifica el archivo VLAN.DAT


- Existe un archivo.html, el cual permite habilitar el puerto 80 con la direccion ip del switch, mostrando de manera grafica los puertos en un navegador, el arvhivo reside en la flash.