007: Rede: STP e RSTP

STP (Spanning-Tree Protocol) é um protocolo de gerenciamento de enlaces que permite caminhos redundantes na rede, enquanto impede loops, ao bloquear um das portas do switch.

O STP executa os três passos abaixo:

•         Eleger uma bridge raiz (root bridge);
•         Selecionar uma porta raiz (root port) nas outras bridges – exceto na bridge raiz;
•         Selecionar uma porta designada (designated port) para cada segmento da rede;

Eleição da bridge raiz: No seu estado inicial, cada switch se auto-denomina como root bridge e informa aos outros switch por frames multicast chamados BPDU (Bridge Protocol Data Units), assim o valor campo Bridge ID, tanto da bridge raiz quanto da bridge transmissora, será o mesmo.

Frame BPDU dentro de um frame Ethernet

O valor da Bridge ID é composto da prioridade da bridge (Bridge Priority) que pode ir de 0 a 65535, com 2 bytes e do endereço MAC, com 6 bytes. O valor padrão da prioridade é 32768, que pode ser incrementado de 4096 em 4096.

A root bridge será o switch com a menor bridge ID, sendo comparado primeiro o valor da prioridade e, se iguais, o endereço MAC mais baixo será o escolhido.

Na root bridge, todas as portas são designadas.

Root Path Cost é o custo para se chegar à bridge raiz a partir do switch atual, que pode ir de 0 a 65535 e é usado para eleger a porta raiz.

Seleção da porta raiz: como dito acima, será selecionada a porta que estiver mais próxima da bridge raiz.

Seleção da porta designada: Seleciona uma porta por segmento e define-a como designada para encaminhar o tráfico. As outras portas do segmento geralmente ficam como não-designadas e estão bloqueadas.

Quando todos os passos acima foram executados, a rede atinge um estado que chamamos de convergente (convergence state). Nenhum dado é encaminhado antes da convergência, o que costuma levar até 50 segundos.

Estado das portas em STP:

STATUS	DADOS	MAC	TEMPO	ESTADO	DESCRIÇÃO
Blocking	Não	Não	Max Age¹ (20)	Estável	Pode vir ao estado Forwarding. Ainda recebe BPDU.
Listening	Não	Não	Forward Delay² (20)	Transitório	Aguarda informações que podem retornar o seu estado para Blocking.
Learning	Não	Sim	Forward Delay	Transitório	Recebe BPDU e aprende MAC.
Forwarding	Sim	Sim	---	Estável	Funcionamento normal.

¹ Max Age (Idade máxima): Quanto tempo o switch deve esperar antes de alterar a topologia STP;
² Forward Delay (Atraso de encaminhamento): Período de transição do estado Blocking ao Forwarding.

O switch deve esperar pelo tempo Max Age antes de entrar no modo Listening.
No modo Listening, aguarda pelo tempo definido do Forward Delay para mudar para o modo Learning. Continua aguardando por mais Forward Delay. Se nenhum BPDU for recebido, ele então muda para o modo Forwarding.

No RSTP (Rapid Spanning-Tree Protocol) foram adicionadas uma Porta Alternativa (Alternative Port) e uma Porta Reserva (Backup Port). Essas portas estão permitidas a entrar imediatamente em modo Forwarding, ao invés de ficar passivamente esperando a rede entrar em convergência.

• Porta Raiz (Root Port): Porta mais próxima da bridge raiz em termos de custo de caminho;
• Porta Designada (Designated Port): Porta para encaminhamento para os segmentos da LAN;
• Porta Alternativa (Alternative Port): O melhor caminho alternativo para a bridge raiz. Esse caminho é diferente do usado pela porta raiz (root port). Muda para o estado Forwarding se houver uma falha porta designada ao segmento.
• Porta Reserva (Backup Port): Um caminho reserva para um segmento ao qual já existe uma porta designada conectada. Só se aplica quando um switch tem dois links para o mesmo segmento (Collision Domain).

Estado das Portas em RSTP:

• Descarte (Discarting): A porta não encaminha ou mesmo processa frames; nem mesmo aprende MAC, mas ainda recebe BPDU;
• Aprendizagem (Learning): Recebe e transmite BPDU e aprende MAC, mas ainda não encaminha tráfico;
• Encaminhamento (Forwarding): Funcionamento normal.

Fontes: STP e RSTP