Spanning Tree, RSTP és EtherChannel

Bevezetés

A modern kapcsolt hálózatokban:

• gyakran több összeköttetés is létezik
  a switchek között.

Ez:

• redundanciát,
• nagyobb megbízhatóságot,
• és nagyobb sávszélességet
  biztosít.

Azonban a redundáns kapcsolatok:

• hálózati hurkot (loopot)
  okozhatnak.

A loop:

• súlyos hálózati problémákhoz vezethet.

Ezért használják:

• a Spanning Tree protokollokat,
• valamint az EtherChannel technológiát.

Mert ha egy switch-loop elszabadul, az egész hálózat percek alatt olyan állapotba kerülhet, mint egy égő szerverteremmel kombinált méhkas. A broadcast storm az informatika egyik leglátványosabb katasztrófája.

Mi az a hálózati loop?

Loop:

• akkor alakul ki,
• amikor több aktív útvonal létezik
  azonos hálózati szegmensek között.

Miért veszélyes?

Következmények:

• broadcast storm
• MAC tábla instabilitás
• túlterhelt switch
• hálózati lassulás
• teljes hálózati leállás

Broadcast storm

A broadcast keretek:

• végtelen ciklusban keringenek.

Ennek eredménye:

• extrém hálózati terhelés.

MAC address table instability

A switch:

• folyamatosan más porton látja ugyanazt a MAC címet.

Ez:

• hibás továbbítást okoz.

Spanning Tree Protocol (STP)

Az STP:

• megakadályozza a loopok kialakulását.

Szabvány:

• IEEE 802.1D

Az STP működési elve

Az STP:

• logikailag kikapcsol bizonyos kapcsolatokat,
• hogy ne alakuljon ki hurok.

A redundáns kapcsolat:

• fizikailag megmarad,
• de logikailag blokkolt lesz.

STP fő céljai

Feladatok:

• loop megelőzés
• redundancia biztosítása
• automatikus újraszámolás hiba esetén

BPDU

Az STP:

• BPDU kereteket használ.

BPDU:

• Bridge Protocol Data Unit

Segítségével:

• a switchek információt cserélnek.

Root Bridge

Az STP:

• kiválaszt egy központi switchet.

Ez a:

• Root Bridge.

Minden útvonal:

• ehhez viszonyítva épül fel.

Root Bridge választás

A legkisebb:

• Bridge ID
  lesz a Root Bridge.

Bridge ID

A Bridge ID:

• priority
•  
• MAC cím.

Cisco priority

Alapértelmezett: 32768

Root Port

Minden nem-root switch:

• kiválaszt egy legjobb útvonalat
  a root felé.

Ez:

• Root Port.

Designated Port

Minden szegmensben:

• egy port lesz aktív továbbító port.

Ez:

• Designated Port.

Blocked Port

A redundáns kapcsolat:

• blokkolt állapotba kerül.

STP portállapotok

STP konvergencia

A hálózat:

• hiba esetén újraszámolja a topológiát.

Ez a folyamat:

• akár 30-50 másodperc is lehet.

Ezért lett szükség gyorsabb megoldásokra.

RSTP – Rapid Spanning Tree Protocol

Szabvány:

• IEEE 802.1w

Az RSTP:

• gyorsabb konvergenciát biztosít.

RSTP előnyei

Előnyök:

• gyors helyreállás
• egyszerűbb állapotkezelés
• jobb redundancia

RSTP portállapotok

RSTP portszerepek

Edge Port

Az Edge Port:

• végberendezéshez csatlakozó port.

Cisco megfelelője:

• PortFast.

PortFast

A PortFast:

• gyors forwarding állapotba helyezi a portot.

Cisco PortFast konfiguráció

conf t
interface fa0/10
spanning-tree portfast

BPDU Guard

A BPDU Guard:

• védi az Edge Portokat.

Ha BPDU érkezik:

• letiltja a portot.

BPDU Guard konfiguráció

interface fa0/10
spanning-tree bpduguard enable

MSTP – Multiple Spanning Tree Protocol

Szabvány:
IEEE 802.1s

Az MSTP célja, hogy a hálózatban lévő sok VLAN kezelését egyszerűbbé és hatékonyabbá tegye. Mert természetesen az emberiség eljutott oda, hogy már nem elég egyetlen spanning tree, inkább legyen 80 VLAN és mindegyik másfelé akar forgalmazni.

Mi az MSTP?

A korábbi STP és RSTP esetén:

• egyetlen spanning tree működött az egész hálózatra,
  vagy
• VLAN-onként külön spanning tree példány futott.

Az MSTP egy köztes, hatékonyabb megoldás.

Az MSTP:

• több VLAN-t
• egy közös spanning tree példányhoz
• rendel.

Ezt az úgynevezett:

• MST Instance (MSTI)

kezeli.

Példa:

Így nem kell minden VLAN-hoz külön spanning tree számítás.

Miért jó az MSTP?

1. Jobb terheléselosztás

Különböző VLAN-csoportok:

• külön root bridge-et használhatnak,
• eltérő útvonalon haladhatnak.

Példa:

• VLAN 10-20 → SW1 a root
• VLAN 30-40 → SW2 a root

Így a forgalom:

• megoszlik,
• nem egyetlen linken torlódik.

Ez már majdnem intelligens hálózati működés. 

2. Hatékonyabb VLAN kezelés

PVST esetén:

• minden VLAN külön spanning tree.

Ha van:

• 100 VLAN,
  akkor:
• 100 spanning tree példány.

MSTP esetén:

• például csak 2-3 MST instance kell.

Ez:

• egyszerűbb konfigurációt,
• kisebb adminisztrációt,
• gyorsabb működést

eredményez.

3. Kisebb CPU és memória terhelés

Mivel:

• kevesebb spanning tree példány fut,
• kevesebb BPDU számítás történik,

ezért:

• kisebb CPU használat,
• kisebb memóriaigény,
• stabilabb switch működés

érhető el.

Nagy hálózatban ez nagyon fontos.

MSTP működése

Az MSTP régiókban dolgozik.

A switch-eknek azonosnak kell lennie:

• régiónévben
• revision számban
• VLAN-hozzárendelésben

Példa:

Region név: SCHOOL
Revision: 1

MSTI 1 → VLAN 10,20
MSTI 2 → VLAN 30,40

Ha eltérés van:

• a switch másik régiónak számít.

És akkor kezdődik a klasszikus „miért blokkol a hálózat?” című rendszergazdai folklór.

PVST és Rapid-PVST+

PVST+

Teljes név:

Per VLAN Spanning Tree Plus

Cisco megoldás.

Működése:

• minden VLAN külön STP példányt kap.

Előny:

• nagyon rugalmas,
• jó terheléselosztás.

Hátrány:

• sok VLAN esetén nagy CPU-terhelés.

Példa:

Rapid-PVST+

A Rapid-PVST+:

• az RSTP gyors működését
• kombinálja
• VLAN-onkénti spanning tree-vel.

Vagyis:

• minden VLAN külön RSTP példány.

Előnye:

• gyors konvergencia,
• gyorsabb hibahelyreállás.

Hátránya:

• nagy hálózatban sok erőforrást használhat.

Összehasonlítás

Mikor használjuk?

PVST+ / Rapid-PVST+

Kisebb Cisco hálózatokban:

• egyszerű,
• jól kezelhető,
• rugalmas.

MSTP

Nagyobb vállalati hálózatokban:

• sok VLAN esetén,
• sok switch esetén,
• nagy teljesítményigénynél.

Ez a modern enterprise megoldások egyik alapja. Mert ha már az emberek képesek 200 VLAN-t létrehozni egy épületben, legalább a spanning tree próbáljon túlélni.

EtherChannel

Az EtherChannel:

• több fizikai kapcsolatot
• egyetlen logikai kapcsolattá egyesít.

EtherChannel előnyei

Előnyök:

• nagyobb sávszélesség
• redundancia
• egyszerűbb STP kezelés

EtherChannel működés

Példa:

4 db 1 Gbit/s kapcsolat
→
1 db 4 Gbit/s logikai kapcsolat.

EtherChannel protokollok

LACP – Link Aggregation Control Protocol

Szabvány:
IEEE 802.3ad
(újabb szabványrendszerben: IEEE 802.1AX)

Az LACP egy olyan protokoll, amely:

• több fizikai kapcsolatot
• egyetlen logikai kapcsolattá
• egyesít.

Ezt nevezik:

• Link Aggregationnek
• EtherChannelnek
• Port Channelnek

gyártótól függően.

Magyarul:

több kábel együtt dolgozik, mintha egyetlen nagy kapcsolat lenne. Mert az emberek rájöttek, hogy ha egy link kevés, akkor rakjunk mellé még hármat, és nevezzük „redundáns architektúrának”, ne pedig „pánikszerű kábelezésnek”.

Mire jó az LACP?

1. Nagyobb sávszélesség

Példa:

• 4 db 1 Gbps kapcsolat
  → együtt:
• akár 4 Gbps logikai kapcsolat.

A forgalom:

• megoszlik a linkek között.

2. Redundancia

Ha:

• az egyik kábel megszakad,
• egy port meghibásodik,

akkor:

• a kapcsolat nem szakad meg,
• a többi link tovább működik.

Ezért nagyon gyakori:

• switch-switch kapcsolatnál,
• szerverkapcsolatoknál,
• adatközpontokban.

3. Terheléselosztás

Az eszközök:

• különböző forgalmakat
• különböző fizikai linkekre
• osztanak szét.

Például:

• egyik kliens egyik linken,
• másik kliens másik linken kommunikál.

EtherChannel

Cisco környezetben az összefogott kapcsolat neve:

• EtherChannel
  vagy
• Port-Channel.

Példa:

A switch számára:

• ez egyetlen kapcsolatnak látszik.

LACP működése

Az LACP automatikusan:

• felismeri a kompatibilis linkeket,
• tárgyalja az összefogást,
• figyeli a működést.

Az összefogott portoknak azonosnak kell lenniük:

• sebesség,
• duplex mód,
• VLAN beállítás,
• trunk/access mód,
• native VLAN,
• STP beállítás

szempontjából.

Különben a switch egyszerűen közli:
„nem”, csak ezt CLI hibaüzenet formájában.

LACP módok

Active

Az interfész:

• aktívan próbál
• LACP kapcsolatot létrehozni.

Passive

Az interfész:

• csak válaszol,
• de nem kezdeményez.

Melyik kombináció működik?

Két passzív port együtt nem épít EtherChannelt. Mindkettő várja, hogy a másik dolgozzon. Kiváló emberi menedzsmentmodell, hálózatban kevésbé hatékony.

Cisco konfiguráció példa

SW1

interface range fa0/1 - 2
channel-group 1 mode active
exit

interface port-channel 1
switchport mode trunk

SW2

interface range fa0/1 - 2
channel-group 1 mode active
exit

interface port-channel 1
switchport mode trunk

Ellenőrző parancsok

EtherChannel állapota : show etherchannel summary

Példa:

Group  Port-channel  Protocol    Ports
1      Po1(SU)       LACP        Fa0/1(P) Fa0/2(P)

Jelölések

Fontos tudnivaló

Az STP:

• az EtherChannelt
• egyetlen kapcsolatként kezeli.

Tehát:

• nem tilt le külön linkeket,
• nincs loop a csatornán belül.

Ez az egyik legfontosabb előnye.

LACP vs PAgP

A modern hálózatokban:

• az LACP ajánlott,
• mert több gyártó között is működik.

És néha a világon tényleg együtt kell működnie különböző eszközöknek. Megrendítő gondolat.

EtherChannel módok

PAgP:

• desirable
• auto

LACP:

• active
• passive

Cisco EtherChannel konfiguráció (LACP)

Switch 1

conf t
interface range fa0/1 - 2
channel-group 1 mode active
exit

interface port-channel 1
switchport mode trunk

Switch 2

conf t
interface range fa0/1 - 2
channel-group 1 mode active
exit

interface port-channel 1
switchport mode trunk

EtherChannel ellenőrzés: show etherchannel summary

STP ellenőrzés: show spanning-tree

Root Bridge ellenőrzés : show spanning-tree root

Interface állapotok: show spanning-tree interface fa0/1

STP problémák

Gyakori hibák:

• hibás root bridge
• rossz EtherChannel konfiguráció
• BPDU hiány
• loop kialakulása

Loop hibák

Loop esetén gyakori:

• magas CPU terhelés
• villogó switch LED-ek
• lassú hálózat
• ping elvesztés

Broadcast storm jelei

Tünetek:

• extrém forgalom
• hálózati timeout
• switch túlterhelés
• instabil MAC tábla

STP biztonsági funkciók

Root Bridge beállítása Cisco eszközön: spanning-tree vlan 1 root primary

Secondary Root: spanning-tree vlan 1 root secondary

STP topológia tervezés

Fontos:

• redundancia
• megfelelő root bridge
• trunk kapcsolatok
• EtherChannel használat

Gyakorlati példa

Iskolai hálózat:

• Core switch → root bridge
• Access switchek → secondary
• EtherChannel uplinkek
• RSTP használata