Redes de Capa 2 y Capa 3

Redes de Capa 2 y Capa 3

• Objetivo: Diseñar redes de capa 2 y 3 implementando las prácticas recomendadas.

Contenido

• Diseños Óptimos de Capa 2 (3.1):

  • Prácticas recomendadas para Spanning Tree.
  • Prácticas recomendadas para troncales (Trunk).
  • Prácticas recomendadas para Ethercanales.

• Diseños Óptimos de Capa 3 (3.2):

  • Sobresuscripción y Ancho de Banda.
  • Consideraciones para Telefonía IP.
  • Consideraciones para redes Wireless.

Funcionamiento de STP

• El STP (Spanning Tree Protocol) permite a los switches operar entre ellos intercambiando mensajes de datos a través de los BPDU (Bridge Protocol Data Unit).
• Los BPDU se envían con la dirección MAC de destino multicast 01-80-C2-00-00-00.
• Existen dos tipos de BPDU:
  • Configuration BPDU: para el cálculo de STP.
  • Topology change notification (TCN) BPDU: para anunciar los cambios en la topología de red.
• El intercambio de BPDU permite elegir puntos de referencia para lograr una topología estable.
• Se identifican y eliminan los bucles poniendo puertos redundantes en estados de bloqueo o espera.
• Las BPDU se envían a través de todos los puertos cada 2 segundos.

Funcionamiento de STP (paso 1)

• Decidir la ubicación del punto de referencia.
• Switch raíz (root switch).
• El proceso de elección se basa en el ID del switch, que se compone de: la prioridad del switch (configurable); dirección MAC (única, no cambia).

Funcionamiento de STP (paso 2)

• Elección del switch raíz (802.1d)
  • Cada switch envía BPDUs con su propio ID.
  • Los BPDUs recibidos se analizan para ver si existe un switch raíz con ID menor.
  • En caso de existir, el switch actualiza su ID de switch raíz con el valor menor.
  • Finalmente, todos los switches acuerdan cuál es el switch raíz.

Selección del puerto raíz

• Cada switch determina su puerto raíz.
• La clave es encontrar el puerto con el menor costo de camino a la raíz.
• Cada enlace tiene un costo de camino (path cost), inversamente proporcional a la capacidad del enlace.
• La mayor capacidad de enlace tiene menor costo.

Selección del puerto raíz

• El switch raíz envía BPDUs con costo 0.
• El switch vecino recibe, calcula el costo del camino a la raíz.
• El switch vecino envía BPDUs con el nuevo costo acumulado.

Puertos designados

• Cada segmento de red debe tener sólo un switch enviando tramas para ese segmento.
• Cada switch identifica un puerto designado para cada enlace.
• El enlace con el menor costo del camino a la raíz acumulado es designado.
• Los enlaces que siguen activos luego de la designación deben ser bloqueados.

Bloqueo de puertos

• Cualquier puerto que no sea raíz o designado se pone en estado bloqueado, lo cual rompe el bucle y completa el spanning tree.

Estados de Spanning Tree

• Desactivado (Disabled): El puerto está apagado
• Bloqueado (Blocking): Sin reenvío de tramas, recibiendo BPDUs
• Escuchando (Listening): Sin reenvío de tramas, enviando y recibiendo BPDUs
• Aprendiendo (Learning): Sin reenvío de tramas, enviando y recibiendo BPDUs
• Reenviando (Forwarding): Reenviando tramas, enviando y recibiendo BPDUs

Estados de los puertos

• Tabla de procesos de los puertos, incluyen las acciones en cada estado.

Teoría del Protocolo de Árbol de Expansión

• Incluye URL a un video.

Ubicación del Switch Raíz

• Utilizar parámetros de manera adecuada para prevenir posibles problemas.
• Ejemplo: flujo de tráfico no óptimo; switch inestable o lento que se convierte en el switch raíz.
• Planificar la asignación de prioridades con cuidado.

Protección de la Topología STP

• Root Guard
• BPDU Guard
• Loop Guard
• UDLD

Las guardas BPDU

• Protegen equipos de recepción de paquetes no autorizados.

Optimización de STP

• PortFast: Permite que los puertos de acceso entren en modo forwarding inmediatamente.
• BackBoneFast: Acelera la convergencia cuando un switch detecta un enlace caído
• UplinkFast: Proporciona un respaldo para el puerto raíz, se usa cuando el principal tiene una falla.

PortFast

• Permite obtener acceso inmediato a la red de capa 2.
• Los puertos comienzan su secuencia en el estado Forwarding.
• Se usa para puertos finales (usuarios).

BPDUGuard

• Evitar que un dispositivo no autorizado en un puerto de usuario se convierta en root.
• Desactiva un puerto si se recibe una BPDU, cuando se detecta algún error.

Pautas de diseño de STP

• Habilitar STP, aún si no se tienen caminos redundantes.
• Planificar y asignar prioridades de forma correcta.
• Selección determinística del switch raíz.
• Inclusión de un switch raíz alternativo.
• Inhibición de BPDUs en puertos de usuarios.
• Habilitar BPDU Guard o similares, cuando sea posible.

Velocidad de Convergencia (802.1d)

• Tiempo para cambiar de bloqueado a reenvío, por lo menos 2 x Forward Delay (~ 30 segundos).
• Puede ser problemático para los usuarios.
• Algunos fabricantes mejoran este tiempo con PortFast.

Tipos de protocolos STP

• Incluye varias versiones: Traditional Spanning Tree (802.1d), Rapid Spanning Tree (RSTP 802.1w), Multiple Spanning Tree (MSTP 802.1s).

Variantes de Cisco y STP

• PVST
• PVST+
• RSTP
• MSTP

Características de los protocolos STP

• Incluye tabla comparativa con características de cada protocolo.

Rapid Spanning Tree (802.1w)

• Convergencia más rápida.
• Mayor interactividad entre los switches.
• Puertos de usuario no participan en la convergencia.
• Puertos inmediatamente al estado de reenvío.

Rapid Spanning Tree (roles de puerto)

• Puerto raíz.
• Puerto alternativo.
• Puerto designado.
• Puerto backup.
• Camino backup/redundante a un segmento donde otro switch esté conectado.

Estados de los puertos RSTP

• Aprendiendo: escucha BPDUs y guarda información relevante.
• Reenviando: se ejecuta el algoritmo para evitar bucles, puertos activos pasan a este estado.
• Descartado: no recibe BPDU o no participa en la instancia de STP.

RSTP Tipos de enlaces

• Enlace punto a punto (P2P).
• Enlace compartido.

RSTP Rápida detección de cambio de topología

• En STP, se notifica primero a root bridge y luego a todos los demás switches.
• En RSTP, se notifica inmediatamente a todos los switches sobre elcambio de topología.

RSTP Temporizadores BPDU para convergencia

• Incluye tabla de temporizadores para RSTP y STP.

Rapid Spanning Tree

• El proceso de sincronización se realiza con un handshake
• Luego de elegirse el switch raíz, se construye la topología en cascada, cada switch propone ser el switch designado para cada enlace punto a punto.

Comparativo entre STP tradicional y RSTP

• Incluye URL a un video explicativo.

Recomendaciones de diseño de capa 2

• Utilizar Rapid PVST+ si se necesita abarcar VLAN, debido a sus ventajas en convergencia.
• Usarlo para proteger contra bucles del lado del usuario.
• Utilizar el kit de herramientas STP para protección contra dispositivos inesperados.
• Use UDLD para proteger las conexiones unidireccionales en topologías de fibra óptica.

Mejores prácticas para una convergencia óptima

• Usar topologías sin bucles L2 si es posible.
• Implementación jerarquica.

Topología sin bucles de capa 2 en centro de datos

• A menudo se usa topología en bucle L2 para conectividad redundante en servidores.

Mejores prácticas para una convergencia óptima

• Dependiendo de la versión del STP, puede tardar hasta 90 segundos para la convergencia.

Rendimiento de PVST+ y PVST+ rápido

• Comparación gráfica del rendimiento en segundos para cada versión.

Habilitar las siguientes funciones STP adicionales

• Root Guard
• BPDU Guard
• Loop Guard