Conceptos básicos del protocolo Spanning Tree

Las redes necesitan enlaces redundantes para ofrecer fiabilidad, pero no pueden tolerar los bucles que estos crean. Spanning Tree Protocol (STP) resuelve este problema. STP detecta automáticamente las rutas redundantes entre switches y bloquea solo las necesarias para dejar una única ruta sin bucles, mientras mantiene los enlaces bloqueados listos como respaldo. En esta lección se explican los conceptos básicos de cómo STP evita los bucles sin renunciar a la redundancia.

STP construye un árbol lógico sin bucles sobre una red física que puede contener bucles. Para ello, elige una ruta entre cada par de puntos y deshabilita las demás. Si la ruta activa falla posteriormente, STP reactiva un enlace bloqueado para restaurar la conectividad. Así obtiene redundancia para mayor resiliencia y una estructura sin bucles para mayor seguridad al mismo tiempo.

STP comienza eligiendo un puente raíz, el switch de referencia situado en la parte superior del árbol. Los switches comparan un valor denominado bridge ID, compuesto por una prioridad configurable y la dirección MAC del switch. El switch con el bridge ID más bajo gana y se convierte en la raíz. Todos los cálculos de rutas se realizan con respecto a esta raíz, por lo que su ubicación determina la forma de todo el árbol.

Cada switch que no es la raíz elige un puerto raíz: el puerto con la ruta de menor costo hacia el puente raíz. El costo se basa en la velocidad del enlace; los enlaces más rápidos tienen un costo menor. El puerto raíz es la mejor ruta del switch hacia la parte superior del árbol. Por lo general, el tráfico destinado a la raíz o más allá sale por este puerto.

Para cada segmento de red, STP también elige un puerto designado, que es el responsable de reenviar tráfico hacia ese segmento. Los puertos que no son ni raíz ni designados pasan a un estado de bloqueo. Un puerto bloqueado no reenvía datos, lo que rompe el bucle, pero sigue escuchando los mensajes de STP para poder asumir el control si la ruta activa falla.

Los switches se coordinan mediante BPDUs (Bridge Protocol Data Units), pequeños mensajes que intercambian entre sí. Las BPDUs transportan los bridge ID y los costos de las rutas, lo que permite a los switches elegir la raíz, calcular las rutas y detectar cambios en la topología. Si dejan de llegar BPDUs a un puerto bloqueado, STP supone que ha fallado un enlace y puede volver a poner ese puerto en servicio para restaurar la ruta.

El STP clásico hace pasar los puertos por varios estados: bloqueo, escucha, aprendizaje y reenvío. Esta transición evita que un puerto reenvíe tráfico demasiado pronto y cree accidentalmente un bucle temporal. La desventaja es la demora: se necesitan aproximadamente entre 30 y 50 segundos para abrir por completo un puerto. Esta convergencia lenta impulsó el desarrollo de versiones más rápidas del protocolo.

RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol, 802.1w) es la mejora moderna. Converge en solo unos segundos, en lugar de decenas de segundos, al simplificar los estados de los puertos y negociar los cambios directamente entre switches. RSTP es compatible con versiones anteriores de STP y es el protocolo predeterminado en la mayoría de los switches actuales, por lo que un enlace fallido se restaura mucho más rápido.

Hay dos funciones útiles que aparecen con frecuencia. PortFast permite que un puerto de acceso conectado a un dispositivo final omita los estados de espera y reenvíe tráfico de inmediato, ya que un solo PC no puede crear un bucle. BPDU Guard protege esos puertos apagándolos si reciben inesperadamente una BPDU, lo que indicaría que alguien ha conectado un switch a un puerto destinado a un PC.

La convergencia es el tiempo que necesita STP para establecerse en un estado estable y sin bucles después de un cambio. Cuando falla un enlace activo, dejan de llegar BPDUs donde se esperaba, STP vuelve a calcular la topología y un puerto que estaba bloqueado pasa al estado de reenvío para restaurar la ruta. El STP clásico tarda decenas de segundos en converger; RSTP lo hace en unos pocos segundos. Una convergencia más rápida implica interrupciones más breves, por lo que RSTP sustituyó al STP clásico en los switches modernos.

STP y su versión más rápida, RSTP, funcionan silenciosamente en prácticamente todos los switches administrados. Previenen las tormentas de broadcast que causarían los bucles y, al mismo tiempo, conservan los enlaces de respaldo. Comprender la elección del puente raíz, los roles de los puertos y las BPDUs es un conocimiento fundamental de Network+. Cuando un enlace de respaldo debe asumir el control, STP decide cómo mantener la red sin bucles; con RSTP, lo hace en cuestión de segundos.

Ponga a prueba sus conocimientos básicos sobre STP.

Spanning Tree Protocol (STP) evita los bucles y mantiene los enlaces redundantes como respaldo. Elige un puente raíz (el bridge ID más bajo), selecciona un puerto raíz en cada switch hacia la raíz y un puerto designado por segmento, y coloca los puertos adicionales en estado de bloqueo. Los switches se coordinan mediante BPDUs. El STP clásico es lento; RSTP converge en cuestión de segundos. PortFast acelera los puertos de dispositivos finales y BPDU Guard los protege.