Cisco STP

Spanning Tree Protocol blockar portar på switchar så att det på L2 skapas en logisk trädtopologi och på så sätt hålls ethernetsegment loopfria. Enheter som använder STP skickar BPDU-meddelanden mellan varandra för att utbyta information. De skickas till 01:80:C2:00:00:00/01:00:0C:CC:CC:CD. Den BPDU som är superior har företräde och övriga kan ignoreras. För att avgöra vilken som är bäst jämförs följande värden i skriven ordning: Root Bridge ID, Root Path Cost, Sender Bridge ID, Sender Port ID, Receiver Port ID (RPID följer ej med i BPDUn utan switchen själv vet ju detta). Det första värdet där det skiljer sig avgör och lägst vinner. BPDUer skickas ej på non-designated portar eftersom de inte är superior och därmed onödiga att skicka. Varenda port på varenda switch i STP sparar superior BPDUn på det segmentet. Non-designated portar sparar BPDU från andra sidan och Designated portar sparar sin egen BPDU.

Se även Cisco MST.

STP

STP (IEEE 802.1D) använder BPDUer med Version 0. Kommer det inte in någon BPDU innan MaxAge (minus MessageAge) har gått ut måste STP räkna om. Rotbryggan avgör dessa timers. Root Path Cost skickas med i varje Hello och genom att addera det med costen på interfacet där Hellon kom in vet switchen hur långt det är till rotbryggan.

BPDU

Process
STP-processen börjar med att alla switchar ser sig själva som root och skickar ut Hellos. Sedan görs följande val:

1. Root Bridge: Lowest BID = Priority + MAC (Den ursprungliga STP-varianten hade ej med VLAN ID)
2. Root Port: Av alla BPDUer på alla portar vilken är superior. Dvs bästa vägen bandbreddsmässigt till rotbryggan, en per nonroot switch.
3. Designated Port: Superior BPDU på ett segment
4. Non Designated: Övriga

På rotbryggan finns det ingen root port utan alla är designated. STP-processen slutar aldrig utan varje BDPU som kommer in ska jämföras.

PVST-processen skiljer sig lite grann:

• Root Bridge: Lowest BID (Priority + VLANID + MAC)

Topology Change
Det finns en slags BPDU i 802.1D som heter TCN (Topology Change Notification), den används för att informera övriga om en förändring. Detta skickas om: det kommer in en TCN BPDU på en designated port, en port går från Learning till Forwarding eller Blocking, en switch blir rotbrygga. Kom ihåg att vanliga BPDUer som inte är superior ignoreras därför måste en TCN skickas till root (görs genom root port) som sedan kan skicka ut det till alla. En TCN skickas med varje Hello tills en TCA (Acknowledgement) fås som svar, sedan gör nästa switch samma sak till det når root. Rotbryggan sätter nu TC-biten i sina utgående BPDUer som instruerar övriga att förkorta Aging Time till ForwardDelay för att påskynda konvergens.

Timers
Det finns flera olika typer av timers som skickas med i BPDUerna. MessageAge är en uppskattning på hur länge sedan BPDUn lämnade rotbryggan (med detta satt till 0). Övriga switchar brukar plussa på 1 innan de skickar det vidare. MaxAge, HelloTime och ForwardDelay är värden satta på rotbryggan, har andra switchar andra värden konfigurerade spelar det ingen roll för det är rotbryggan som bestämmer. Hellos skickas default var 2 sekund.

spanning-tree vlan 1-4094 hello-time 2
spanning-tree vlan 1-4094 forward-time 15
spanning-tree vlan 1-4094 max-age 20

Interface states
När nätverket konvergerar kan portar byta mellan Blocking och Forwarding men detta kan inte göras direkt utan att riskera tillfälliga loopar. Därför går interfacen igenom olika tillstånd. Längden på transitory statesen avgörs av ForwardDelay, 15 sek default.

State	Forwards data frames	Learns source MACs of received frames	Stable
Blocking	No	No	Stable (show spanning-tree blockedports)
Listening	No	No	Transitory
Learning	No	Yes	Transitory
Forwarding	Yes	Yes	Stable
Disabled	No	No	Stable

Rapid ST

Rapid Spanning Tree Protocol (802.1w) och RPVST+ (Cisco) förbättrar konvergens avsevärt, under 1 sekund i bra byggda nät. Man har introducerat att länkar är point-to-point för att kunna ha bättre mekanismer för recovery (konvergenstid). Det finns också shared links men det bör alltid vara p2p nuförtiden om inget är half duplex.

Man använder 2 nya porttyper.

• Alternate Port: prospekt till root port. Går root port ner kan denna ta över snabbt.
• Backup Port: prospekt till designated port. Finns om switchen har flera portar i samma segment.

BPDU
I RSTP finns endast en sorts BDPU (Version 2) som används för allt. Man har uppdaterat flag fields och skillnad från tidigare finns nu Proposal bit, Port role bits, Learning bit, Forwarding bit och Agreement bit. Alla switchar originerar sina egna BPDUer oavsett BPDUn på root porten vilket leder till att de är mer pålitliga som Hello-mekanism. Om det slutar komma BPDU väntar en switch 3x Hello interval sedan blir BPDUn på den porten age out. MessageAge används nu endast för hop count och är det samma eller högre än MaxAge discardas BPDUn.

Med STP ignoreras inferior BPDUer men i RSTP accepteras de direkt och switchen utvärderar sin roll och state på interfacet som vanligt. Detta leder till att switchen snabbt kan agera ifall den som brukade skicka superior BDPUer har disruption till root bridge. Kanske finns det en ny root bridge eller så har costen till root ökat den vägen, hursom ska det ageras på direkt.

Proposal/Agreement Process
När man lägger till en länk i topologin kan en tillfällig switching-loop uppstå eftersom en switch då kan välja den tillagda länken som ny root port och övriga switchar inte känner till det direkt. För att skydda mot detta har RSTP en Proposal/Agreement-mekanism på p2p-länkar (vilket alla länkar bör vara). Eftersom man inte kan styra andra switchar måste det loop-skyddas lokalt när man byter root port. Genom att sätta alla (inklusive gamla root) non-edge designated portar i discarding state innan den nya root port blir forwarding förhindrar man en loop. Dock stängs länkar och det tar lite tid att återställa så genom att ha ett signaling scheme mellan enheterna som används för att försäkra sig om att det är safe att sätta designated portar i forwarding kan man uppnå snabb konvergens, detta kallas Proposal/Agreement. Proposal står för de portar som vill bli forwarding och Agreement står för tillåtelse att göra så. När en ny p2p-länk kommer upp mellan två switchar blir port state Designated Discarding på non-edge portar. När porten blir Learning skickas BPDUer med Proposal-biten satt.

Topology Change
Till skillnad från 802.1D är den enda gång en topologiändring anses hända när en non-edge port går från non-forwarding till forwarding. Den nya portan kan ha en bättre väg för MAC-adresserna och CAM-tabellen måste uppdateras. Går en port från forwarding till non-forwarding spelar det ingen roll för då är de MAC-adresserna unreachable, dyker de upp någon annanstans är det för någon annan port har gått från non-forwarding till forwarding och då är det en topologiändring iallafall. I 802.1D skickades en TCN upstream, i RSTP floodas BPDUer med TC-biten satt till alla non-edge designated ports och root port utom porten där ändringen kom in på. Samt flusha alla MAC-adresser på den porten.

För att RSTP/RPVST+ ska kunna tillhandahålla snabb konvergens måste alla switchar köra RSTP eller RPVST+, alla inter-switchlänkar måste vara p2p och alla portar mot end systems måste vara edge ports. Annars kommer prestandan att degraderas.

Interface states
Med RSTP har man gått från 5 interface states till 3.

Administrative State	STP	RSTP
Enabled	Blocking	Discarding
Enabled	Listening	Discarding
Enabled	Learning	Learning
Enabled	Forwarding	Forwarding
Disabled	Disabled	Discarding

Discarding lyssnar och skickar (beroende på roll) fortfarande BPDUer och övrig control plane traffic till och från switchen. Forwarding och Discarding är stable state medans Learning är transitory.

Konfiguration

Bridge ID med VLAN, detta är default och går ej att ta bort på nyare switchar för det konsumerar fler MAC-adresser. Kolla den lokala MAC-adressen som används till Bridge ID: show version | i bia|Base

spanning-tree extend system-id
spanning-tree mode rapid-pvst
show spanning-tree

Cost
802.1D-1998, 1G = 4

spanning-tree pathcost method short

802.1D-2004, 1G = 20000

spanning-tree pathcost method long
show spanning-tree pathcost method

Root Bridge
Konfigurera root brygga. Priority 0 är det absolut lägsta medans root primary sätter prio till 24k förutsatt att det ger root-rollen, detta ändras inte dynamiskt.

spanning-tree priority 0
spanning-tree root primary

Verify

show spanning-tree root

Default-värden

default spanning-tree vlan 1-4094 priority

Portar
Root Port och Designated Port

interface range gi0/7
 spanning-tree cost 1000
 spanning-tree port-priority 128

Restart the protocol migration process

clear spanning-tree detected-protocols

Troubleshoot

test spanning-tree diameter 3
test spanning-tree get configuration vlan
debug spanning-tree events
debug spanning-tree backbone fast
debug spanning-tree pvst+

Legacy Extensions

Det finns många tillägg till Spanning-tree som bör användas, de hjälper till att öka stabilitet, säkerhet och kompabilitet. Se även MST Extensions.

UplinkFast
Cisco-proprietary teknik som låter en alternate port gå direkt till forwarding om root port går ner. För att försäkra sig att en switch med uplinkfast inte blir en transit switch sätts bridge priority automatiskt till 49152 och port costen blir 3000. Detta kan därför inte användas på en switch som har sin STP prio modifierad. När överslag görs så skickas dummy frames till mac 01:00:0c:cc:cc:cc från alla adresser i cam tabellen för att snabba upp konvergens i övriga nätet. Uplinkfast på default och konfigureras globalt.

spanning-tree uplinkfast
show spanning-tree uplinkfast

BackboneFast
Cisco-proprietary teknik som används för att snabba upp konvergens vid indirect link failure genom att låta MaxAge timer gå ut direkt. Om någon annan plötsligt hävdar sig vara root kanske den tappat sin uplink till root och då kan man timea ut den tidigare BPDU:n man fått från den enheten för att snabba upp konvergens. RLQ skickas också till root för att dubbelkollla att man sjäv inte tappat root. RSTP och MST har detta inbyggt men bör i övrigt användas på alla enheter, så förhoppningsvis inga...

spanning-tree backbonefast
show spanning-tree backbonefast