для какого вида трафика используется stp

Для какого вида трафика используется stp

Если вы считаете, что её стоило бы доработать как можно быстрее, пожалуйста, скажите об этом.

STP (Spanning Tree Protocol) — сетевой протокол (или семейство сетевых протоколов) предназначенный для автоматического удаления циклов (петель коммутации) из топологии сети на канальном уровне в Ethernet-сетях. Первоначальный протокол STP описан в стандарте 802.1D. Позже появилось несколько новых протоколов (RSTP, MSTP, PVST, PVST+), отличающихся некоторыми особенностями в алгоритме работы, в скорости, в отношении к VLANам и ряде других вопросов, но в целом решающих ту же задачу похожими способами. Все их принято обобщённо называть STP-протоколами.

Протокол STP в своё время был разработан мамой Интернета Радией Перлман (Radia Perlman), а позже, в начале 90х превратился в стандарт IEEE 802.1D.

В настоящее время протокол STP (или аналогичный) поддерживается почти всеми Ethernet-коммутаторами, как реальными, так и виртуальными, за исключением самых примитивных.

Содержание

[править] Описание протокола

Протокол работает на канальном уровне. STP позволяет делать топологию избыточной на физическом уровне, но при этом логически блокировать петли. Достигается это с помощью того, что STP отправляет сообщения BPDU и обнаруживает фактическую топологию сети. А затем, определяя роли коммутаторов и портов, часть портов блокирует так, чтобы в итоге получить топологию без петель.

Для того чтобы определить какие порты заблокировать, а какие будут передавать данные, STP выполняет следующее:

[править] Выбор корневого моста

Корневым становится коммутатор с наименьшим идентификатором моста (Bridge ID).

Только один коммутатор может быть корневым. Для того чтобы выбрать корневой коммутатор, все коммутаторы отправляют сообщения BPDU, указывая себя в качестве корневого коммутатора. Если коммутатор получает BPDU от коммутатора с меньшим Bridge ID, то он перестает анонсировать информацию о том, что он корневой и начинает передавать BPDU коммутатора с меньшим Bridge ID.

В итоге только один коммутатор останется корневым и будет передавать BPDU.

Изначально Bridge ID состоял из двух полей:

[править] Определение корневых портов

[править] Определение назначенных портов

Коммутатор в сегменте сети, имеющий наименьшее расстояние до корневого коммутатора, называется назначенным коммутатором (мостом). Порт этого коммутатора, который подключен к рассматриваемому сегменту сети называется назначенным портом. Так же как и корневой порт выбирается на основе:

[править] Пример топологии

[править] STP (802.1d)

Изменениями топологии считается изменения ролей DP и RP.

Коммутатор, который обнаружил изменения в топологии отправляет Topology Change Notification (TCN) BPDU корневому коммутатору:

После того как корневой коммутатор получил TCN BPDU, он отправляет несколько следующих Hello с флагом TCA. Эти сообщения получают все коммутаторы. При получении сообщения hello с флагом TCA, коммутатор использует короткий таймер (Forward Delay time) для того чтобы обновить записи в таблице коммутации. Обновления выполняется из-за того, что после изменений в топологии STP в таблице коммутации могут храниться неправильные записи.

Если порт изменяет состояние с Blocking в Forwarding, то он должен пройти через два промежуточных состояния: Listening и Learning. Переход из Forwarding в Blocking может выполняться сразу.

[править] Роли и состояния портов

[править] BPDU

Bridge Protocol Data Unit (BPDU) —

[править] RSTP (802.1w)

[править] Отличия STP и RSTP

Соответствие между состояниями портов в STP и RSTP:

[править] Флаги в BPDU

Коммутатор устанавливает флаг proposal в RSTP BPDU для того чтобы предложить себя на роль выделенного (designated) коммутатора в сегменте. Роль порта в proposal-сообщении всегда установлена в designated.

Коммутатор устанавливает флаг agreement в RSTP BPDU для того чтобы принять предыдущее предложение. Роль порта в agreement-сообщении всегда установлена в root.

В RSTP нет отдельного BPDU для анонсирования изменений в топологии (topology change notification (TCN)). Протокол использует флаг topology change (TC) для того чтобы указать на изменения. Однако, для совместимости с коммутаторами, которые используют 802.1D, коммутаторы использующие RSTP обрабатывают и генерируют TCN BPDU.

[править] PVST (Cisco)

Per-VLAN Spanning Tree (PVST) — проприетарный протокол компании Cisco Systems, который для каждого VLAN строит отдельное дерево. Он предполагает использование ISL для создания транков (тегированных портов) и позволяет порту быть заблокированным для одних VLAN и разблокированным для других.

[править] PVST+ (Cisco)

Per-VLAN Spanning Tree Plus (PVST+) — проприетарный протокол компании Cisco Systems, с функциональностью аналогичной PVST. Однако, вместо ISL он использует 802.1Q.

Различают два вида протокола PVST+:

Проприетарные усовершенствования Cisco:

[править] Rapid PVST+ (Cisco)

Rapid PVST+ в каждом VLAN строит дерево. В каждом VLAN работает RSTP.

[править] MSTP (802.1s)

Каждая MSTI работает на всех интерфейсах в регионе, независимо от того разрешен ли соответствующий VLAN на интерфейсе.

[править] STP в ProCurve

[править] STP в Cisco

PVST несовместим с MSTP и при одновременной работе устройств Cisco с этими протоколами вызывает проблемы в сети, в частности, отключение downlink’овского порта корневого MSTP.

Для блокировки PVST на большинстве сетевых устройств других производителей приходится создавать MAC фильтр, поскольку в их BPDU фильтрах пакеты PVST неизвестны и могут проходить через эти устройства даже при отключенных STP.

[править] STP в D-Link

[править] STP в Allied Telesyn AT-8000

[править] STP в Linux

Виртуальный мост Linux (Linux Bridge) поддерживает STP.

[править] STP в OpenVswitch

Настроить br0 на участие в дереве 802.1D:

Установить приоритет моста равным 0x7800:

Установить стоимость пути через eth0 равным 10:

Источник

Протокол связующего дерева STP и принцип его работы

Рассмотрим, допускается ли в Ethernet кольцевое соединение между коммутаторами. Например, в сети 4 коммутатора и они соединены 4 кабелями, так что образуется кольцо. Вопрос состоит в том, может ли работать такая сеть? К сожалению, такая сеть работать не может, потому что в ней возникает широковещательный шторм.

Широковещательный шторм

Рассмотрим, как образуется широковещательный шторм. Предположим, на верхний левый порт коммутатора 1 пришел кадр. И коммутатор 1 не знает, куда этот кадр передавать и у него нет соответствующей записи в таблице коммутации. В этом случае коммутатор 1 передает кадр на все порты, кроме того откуда этот кадр пришел.

Компьютеры, которые подключены к портам коммутатора увидят, что этот кадр предназначен не для них и просто отбросят их. А два порта на картинке ниже, подключены к другим коммутаторам и кадр через эти порты будет передан в другие коммутаторы 2 и 3.

Предположим, что у коммутаторов 2 и 3 тоже нет записей об адресе получателя этого кадра в таблице коммутации. Поэтому они вынуждены передавать этот кадр на все порты.

Как и на предыдущем этапе компьютеры отбросят кадры, которые предназначены не для них, а через соединение кадр будет передан на коммутатор 4.

Причем коммутатор 4 получит уже две копии одного и того же кадра. К сожалению, у коммутатора нет никакой возможности определить это две копии или это два разных кадра с одинаковыми адресами отправителя и получателя. Поэтому, каждый кадр также будет передан на все порты.

Кроме этого кадр 1 передастся в коммутатор 3, а кадр 2 передастся в коммутатор 2. Таким образом, кадры будут ходить по кругу и передаваться на все порты.

Через некоторое время таких кадров будет очень много и сеть окажется неработоспособной. Такая ситуация называется широковещательный шторм и из-за него кольцевое соединение в сети Ethernet невозможно.

Протокол STP

Протокол связующего дерева (Spanning Tree Protocol) или иногда называют протокол остовного дерева. Протокол STP позволяет отключать на программном уровне некоторые соединения между коммутаторами, чтобы не образовывалось кольцо.

Связующее дерево или остовное дерево, как его чаще называют в математике это подграф без циклов, содержащий все вершины исходного графа. Связующее дерево содержит все наши исходные коммутаторы, но при этом в нем циклов, т.е. Ethernet в такой конфигурации точно будет работать.

Протокол STP определен в стандарте IEEE 802.1D. Благодаря этому протоколу можно создавать несколько соединений между коммутаторами. Это повышает надежность работы сети. Если по какой-то причине одно соединение разорвется, то можно будет использовать другое соединение.

Еще одно преимущество протокола STP в том, что он защищает от случайных ошибок в конфигурации ethernet. Конечно же никто не хочет, чтобы вся его сеть ethernet остановилась, если по ошибке включили кабель не в тот коммутатор и случайно создали кольцо. Протокол STP защищает от такой ситуации.

Место протокола STP в модели OSI

В модели взаимодействия открытых систем протокол STP находится на канальном уровне, он реализуется на коммутаторах.

Работа протокола STP

Рассмотрим, как работает протокол STP. В примере с 4-мя коммутаторами одно из соединений (между коммутатором 3 и 4) будет отключено на программном уровне.

Кабель между коммутаторами есть, но он не используется для передачи данных. Таким образом широковещательный шторм не возникнет. В случае, если одно из существующих соединений разорвется.

Протокол STP может автоматически включить заблокированное соединение, и коммутатор по-прежнему сможет передавать данные в сеть.

Этапы работы протокола STP

Работа протокола STP состоит из трех этапов. На первом этапе выбирается корневой коммутатор. На втором этапе рассчитываются кратчайшие пути от всех коммутаторов в сети до корневого коммутатора. На 3 этапе отключаются все остальные соединения, кроме кратчайших.

Протокол STP придумала Ради Перлман и написала стихотворение, как протокол работает.

Сообщения протокола STP

Чтобы реализовать протокол STP, коммутаторы обмениваются между собой сообщениями, которые называются Bridge Protocol Data Units (BPDU). Протокол STP был разработан в 80-е годы, поэтому вместо термина коммутатор switch используется термин bridge мост, который был более популярен в то время.

Такие сообщения отправляют все коммутаторы в сети, которые поддерживают протокол STP каждые 2 секунды.

Выбор корневого коммутатора

Подробно рассмотрим, как работает протокол STP. На первом этапе выполняется выбор корневого коммутатора. Выбор выполняется по идентификатору, в качестве корневого выбирается коммутатор, у которого этот идентификатор минимальный.

Предположим, что в нашей сети коммутаторы используют в качестве идентификаторов простые, целые числа. У коммутатора 1 идентификатор 4, у коммутатора 2 BID=2 и так далее, смотри по картинке ниже. В качестве корневого по протоколу будет выбран коммутатор 4 с идентификатором 1.

Как происходит выбор корневого коммутатора? На первом этапе коммутаторы ничего не знают про всю остальную сеть, соответственно, каждый коммутатор считает себя корневым и рассылает всем своим соседям сообщение, что он корневой коммутатор. Коммутатор 1 отправит такие сообщения на коммутатор 2 и 3, а 2 и 3 отправят сообщение на коммутаторы 1 и 4. Получив сообщение от своих соседей, коммутаторы сравнивают идентификатор сообщений со своим идентификатором.

Например, коммутатор 2 получит сообщение от коммутаторов с идентификатором BID=4 и BID=1. Он поймет, что из его соседей и его самого, коммутатор с минимальным идентификатором это коммутатор 4.

И на следующем этапе коммутаторы будут рассылать сообщения не со своим номером, а с минимальным номером корневого коммутатора, который они узнали от своих соседей.

Например, коммутаторы 2 и 3 получили сообщение от четвертого, который меньший чем их идентификатор и рассылают, что теперь корневой коммутатор это коммутатор с номером 4 BID=1. Коммутатор 1 получил сообщение от коммутаторов 2 и 3, он выбрал минимальное значение BID=2 и теперь рассылает, что корневой коммутатор, по его мнению, это коммутатор с номером 2.

На следующем этапе информация о том, что корневой коммутатор это коммутатор с номером 4, доходит до 1 коммутатора в нашей сети и теперь все коммутаторы считают, что корневой коммутатор это коммутатор 4 с BID=1. На этом выбор корневого коммутатора заканчивается.

Видео о работе корневого коммутатора

Расчет кратчайших путей

Теперь необходимо рассчитать кратчайшие пути от всех коммутаторов до корневого коммутатора. Длина пути между коммутаторами определяется в зависимости от двух параметров:

Расчет путей до корневого коммутатора реализуется по схеме похожей на выбор корневого коммутатора. Все коммутаторы рассылают на все порты управляющее сообщение протокола STP с расстоянием от них до корневого коммутатора.

Расстояние между коммутаторами определено в стандарте IEEE 802.1D. Предположим, что у нас соединение с коммутаторами 1 Гбит/с в этом случае в качестве значения расстояния мы используем число 4,как в таблице ниже.

На первом этапе, коммутаторы, которые подключены непосредственно к корневому коммутатору, определяют скорость соединения с этим коммутатором и выбирают соответствующее значение расстояния.

В нашем случае скорость соединения 1 Гбит/с значения расстояния равно 4.Затем это кратчайшее расстояние до корневого коммутатора рассылается в четвертый коммутатор. 4-эй коммутатор берет это значение 4, определяет скорость соединения с этими коммутаторами 1 Гбит/с расстояние 4 и суммарное расстояние 8. Теперь мы знаем расстояние от всех портов до корневого коммутатора.

Следующая задача отключить одно из соединений, чтобы не было кольца. Согласно правилам протокола STP, если у нас есть два пути до корневого коммутатора, мы должны выбрать тот путь, у которого расстояние минимально, а другой путь отключить. Но в нашем примере два пути с одинаковым расстоянием 8. В этом случае отключается тот путь, у которого больше значение порта.

Если порты нумеруются слева направо, то будет отключен порт справа.

На этом работа протокола STP завершена, у нас образовалось связующее дерево. Все четыре коммутатора соединены между собой и цикла нет. Если произойдет разрыв одного из соединений, то теперь у нас будет один путь у которого расстояние 8.

Поэтому мы имеем полное право его выключить использовать для передачи данных.

Состояние портов в STP

Если мы используем протокол STP, то при подключении устройства к коммутатору нельзя сразу же начать передавать данные, ведь там может оказаться другой коммутатор и новое соединение может привести к созданию кольца. Для того чтобы избежать этой проблемы, коммутаторы которые поддерживают протокол STP используют несколько режимов работы портов.

Развитие STP

В протоколе STP переход от состояния, когда Вы только что включили кабель к состоянию Forwarding занимает достаточно долгое время, примерно 30 секунд. В 80-е годы, когда разрабатывали протокол это было допустимо. Но сейчас сети стали гораздо больше и изменяются чаще, поэтому ждать 30 секунд пока сработает STP уже нельзя.

Поэтому был предложен новый вариант протокола STP, который называется RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) – быстрый протокол связующего дерева. Он работает по похожим принципам, но срабатывает всего лишь за несколько секунд. Протокол RSTP определен стандартом IEEE 802.1w.

Кроме этого возможны проблемы при взаимодействии протокола STP с технологией VLAN. Вы можете попытаться создать несколько соединений между коммутаторами, которые будут принадлежать разным Vlan. Но STP в исходном варианте ничего не знает про vlan поэтому соединение между коммутаторами в разных vlan будут отключены.

Для того, чтобы можно было использовать технологию vlan совместно с протоколом STP необходимо, чтобы связующее дерево строилось для каждого vlan отдельно. Эту возможность реализовали в протоколе Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP), который определен в стандарте 802.1s.

Источник

Для какого вида трафика используется stp

Сети для самых маленьких. Часть четвертая. STP/15

I think that I shall never see
A graph more lovely than a tree.
A tree whose crucial propertеу
Is loop-free connectivity.
A tree that must be sure to span
So packets can reach every LAN.
First, the root must be selected.
By ID, it is elected.
Least-cost paths from root are traced.
In the tree, these paths are placed.
A mesh is made by folks like me,
Then bridges find a spanning tree.

В прошлом выпуске мы остановились на статической маршрутизации. Теперь надо сделать шаг в сторону и обсудить вопрос стабильности нашей сети.
Дело в том, что однажды, когда вы — единственный сетевой админ фирмы “Лифт ми Ап” — отпросились на полдня раньше, вдруг упала связь с серверами, и директора не получили несколько важных писем. После короткой, но ощутимой взбучки вы идёте разбираться, в чём дело, а оказалось, по чьей-то неосторожности выпал из разъёма кабель, ведущий к коммутатору в серверной. Небольшая проблема, которую вы могли исправить за две минуты, и даже вообще избежать, существенно сказалась на вашем доходе в этом месяце и возможностях роста.
Итак, сегодня обсуждаем:

Оборудование, работающее на втором уровне модели OSI (коммутатор), должно выполнять 3 функции: запоминание адресов, перенаправление (коммутация) пакетов, защита от петель в сети. Разберем по пунктам каждую функцию.
Запоминание адресов и перенаправление пакетов: Как мы уже говорили ранее, у каждого свича есть таблица сопоставления MAC-адресов и портов (aka CAM-table — Content Addressable Memory Table). Когда устройство, подключенное к свичу, посылает кадр в сеть, свич смотрит MAC-адрес отправителя и порт, откуда получен кадр, и добавляет эту информацию в свою таблицу. Далее он должен передать кадр получателю, адрес которого указан в кадре. По идее, информацию о порте, куда нужно отправить кадр, он берёт из этой же CAM-таблицы. Но, предположим, что свич только что включили (таблица пуста), и он понятия не имеет, в какой из его портов подключен получатель. В этом случае он отправляет полученный кадр во все свои порты, кроме того, откуда он был принят. Все конечные устройства, получив этот кадр, смотрят MAC-адрес получателя, и, если он адресован не им, отбрасывают его. Устройство-получатель отвечает отправителю, а в поле отправителя ставит свой адрес, и вот свич уже знает, что такой-то адрес находится на таком-то порту (вносит запись в таблицу), и в следующий раз уже будет переправлять кадры, адресованные этому устройству, только в этот порт. Чтобы посмотреть содержимое CAM-таблицы, используется команда show mac address-table. Однажды попав в таблицу, информация не остаётся там пожизненно, содержимое постоянно обновляется и если к определенному mac-адресу не обращались 300 секунд (по умолчанию), запись о нем удаляется.
Тут всё должно быть понятно. Но зачем защита от петель? И что это вообще такое?

Широковещательный шторм

Часто, для обеспечения стабильности работы сети в случае проблем со связью между свичами (выход порта из строя, обрыв провода), используют избыточные линки (redundant links) — дополнительные соединения. Идея простая — если между свичами по какой-то причине не работает один линк, используем запасной. Вроде все правильно, но представим себе такую ситуацию: два свича соединены двумя проводами (пусть будет, что у них соединены fa0/1 и fa0/24). Одной из их подопечных — рабочих станций (например, ПК1) вдруг приспичило послать широковещательный кадр (например, ARP-запрос). Раз широковещательный, шлем во все порты, кроме того, с которого получили. Второй свич получает кадр в два порта, видит, что он широковещательный, и тоже шлет во все порты, но уже, получается, и обратно в те, с которых получил (кадр из fa0/24 шлет в fa0/1, и наоборот). Первый свич поступает точно также, и в итоге мы получаем широковещательный шторм (broadcast storm), который намертво блокирует работу сети, ведь свичи теперь только и занимаются тем, что шлют друг другу один и тот же кадр. Как можно избежать этого? Ведь мы, с одной стороны, не хотим штормов в сети, а с другой, хотим повысить ее отказоустойчивость с помощью избыточных соединений? Тут на помощь нам приходит STP (Spanning Tree Protocol)

Основная задача STP — предотвратить появление петель на втором уровне. Как это сделать? Да просто отрубить все избыточные линки, пока они нам не понадобятся. Тут уже сразу возникает много вопросов: какой линк из двух (или трех-четырех) отрубить? Как определить, что основной линк упал, и пора включать запасной? Как понять, что в сети образовалась петля? Чтобы ответить на эти вопросы, нужно разобраться, как работает STP.
STP использует алгоритм STA (Spanning Tree Algorithm), результатом работы которого является граф в виде дерева (связный и без простых циклов)
Для обмена информацией между собой свичи используют специальные пакеты, так называемые BPDU (Bridge Protocol Data Units). BPDU бывают двух видов: конфигурационные (Configuration BPDU) и панические “ААА, топология поменялась!” TCN (Topology Change Notification BPDU). Первые регулярно рассылаются корневым свичом (и ретранслируются остальными) и используются для построения топологии, вторые, как понятно из названия, отсылаются в случае изменения топологии сети (проще говоря, подключении\отключении свича). Конфигурационные BPDU содержат несколько полей, остановимся на самых важных:

Что все это такое и зачем оно нужно, объясню чуть ниже. Так как устройства не знают и не хотят знать своих соседей, никаких отношений (смежности/соседства) они друг с другом не устанавливают. Они шлют BPDU из всех работающих портов на мультикастовый ethernet-адрес 01-80-c2-00-00-00 (по умолчанию каждые 2 секунды), который прослушивают все свичи с включенным STP.
Итак, как же формируется топология без петель?
Сначала выбирается так называемый корневой мост/свич (root bridge). Это устройство, которое STP считает точкой отсчета, центром сети; все дерево STP сходится к нему. Выбор базируется на таком понятии, как идентификатор свича (Bridge ID). Bridge ID это число длиной 8 байт, которое состоит из Bridge Priority (приоритет, от 0 до 65535, по умолчанию 32768+номер vlan или инстанс MSTP, в зависимости от реализации протокола), и MAC-адреса устройства. В начале выборов каждый коммутатор считает себя корневым, о чем и заявляет всем остальным с помощью BPDU, в котором представляет свой идентификатор как ID корневого свича. При этом, если он получает BPDU с меньшим Bridge ID, он перестает хвастаться своим и покорно начинает анонсировать полученный Bridge ID в качестве корневого. В итоге, корневым оказывается тот свич, чей Bridge ID меньше всех.

Роли портов

После того, как коммутаторы померились айдями и выбрали root bridge, каждый из остальных свичей должен найти один, и только один порт, который будет вести к корневому свичу. Такой порт называется корневым портом (Root port). Чтобы понять, какой порт лучше использовать, каждый некорневой свич определяет стоимость маршрута от каждого своего порта до корневого свича. Эта стоимость определяется суммой стоимостей всех линков, которые нужно пройти кадру, чтобы дойти до корневого свича. В свою очередь, стоимость линка определяется просто- по его скорости (чем выше скорость, тем меньше стоимость). Процесс определения стоимости маршрута связан с полем BPDU “Root Path Cost” и происходит так:

Если имеют место одинаковые стоимости (как в нашем примере с двумя свичами и двумя проводами между ними — у каждого пути будет стоимость 19) — корневым выбирается меньший порт.
Далее выбираются назначенные (Designated) порты. Из каждого конкретного сегмента сети должен существовать только один путь по направлению к корневому свичу, иначе это петля. В данном случае имеем в виду физический сегмент, в современных сетях без хабов это, грубо говоря, просто провод. Назначенным портом выбирается тот, который имеет лучшую стоимость в данном сегменте. У корневого свича все порты — назначенные.
И вот уже после того, как выбраны корневые и назначенные порты, оставшиеся блокируются, таким образом разрывая петлю. *На картинке маршрутизаторы выступают в качестве коммутаторов. В реальной жизни это можно сделать с помощью дополнительной свитчёвой платы.

Состояния портов

Чуть раньше мы упомянули состояние блокировки порта, теперь поговорим о том, что это значит, и о других возможных состояниях порта в STP. Итак, в обычном (802.1D) STP существует 5 различных состояний:

Порядок перечисления состояний не случаен: при включении (а также при втыкании нового провода), все порты на устройстве с STP проходят вышеприведенные состояния именно в таком порядке (за исключением disabled-портов). Возникает закономерный вопрос: а зачем такие сложности? А просто STP осторожничает. Ведь на другом конце провода, который только что воткнули в порт, может быть свич, а это потенциальная петля. Вот поэтому порт сначала 15 секунд (по умолчанию) пребывает в состоянии прослушивания — он смотрит BPDU, попадающие в него, выясняет свое положение в сети — как бы чего ни вышло, потом переходит к обучению еще на 15 секунд — пытается выяснить, какие mac-адреса “в ходу” на линке, и потом, убедившись, что ничего он не поломает, начинает уже свою работу. Итого, мы имеем целых 30 секунд простоя, прежде чем подключенное устройство сможет обмениваться информацией со своими соседями. Современные компы грузятся быстрее, чем за 30 секунд. Вот комп загрузился, уже рвется в сеть, истерит на тему “DHCP-сервер, сволочь, ты будешь айпишник выдавать, или нет?”, и, не получив искомого, обижается и уходит в себя, извлекая из своих недр айпишник автонастройки. Естественно, после таких экзерсисов, в сети его слушать никто не будет, ибо “не местный” со своим 169.254.x.x. Понятно, что все это не дело, но как этого избежать?

Portfast

Для таких случаев используется особый режим порта — portfast. При подключении устройства к такому порту, он, минуя промежуточные стадии, сразу переходит к forwarding-состоянию. Само собой, portfast следует включать только на интерфейсах, ведущих к конечным устройствам (рабочим станциям, серверам, телефонам и т.д.), но не к другим свичам.

Есть очень удобная команда режима конфигурации интерфейса для включения нужных фич на порту, в который будут включаться конечные устройства: switchport host. Эта команда разом включает PortFast, переводит порт в режим access (аналогично switchport mode access), и отключает протокол PAgP (об этом протоколе подробнее в разделе агрегация каналов).

Виды STP

STP довольно старый протокол, он создавался для работы в одном LAN-сегменте. А что делать, если мы хотим внедрить его в нашей сети, которая имеет несколько VLANов?
Стандарт 802.1Q, о котором мы упоминали в статье о коммутации, определяет, каким образом вланы передаются внутри транка. Кроме того, он определяет один процесс STP для всех вланов. BPDU по транкам передаются нетегированными (в native VLAN). Этот вариант STP известен как CST (Common Spanning Tree). Наличие только одного процесса для всех вланов очень облегчает работу по настройке и разгружает процессор свича, но, с другой стороны, CST имеет недостатки: избыточные линки между свичами блокируются во всех вланах, что не всегда приемлемо и не дает возможности использовать их для балансировки нагрузки.
Cisco имеет свой взгляд на STP, и свою проприетарную реализацию протокола — PVST (Per-VLAN Spanning Tree) — которая предназначена для работы в сети с несколькими VLAN. В PVST для каждого влана существует свой процесс STP, что позволяет независимую и гибкую настройку под потребности каждого влана, но самое главное, позволяет использовать балансировку нагрузки за счет того, что конкретный физический линк может быть заблокирован в одном влане, но работать в другом. Минусом этой реализации является, конечно, проприетарность: для функционирования PVST требуется проприетарный же ISL транк между свичами.
Также существует вторая версия этой реализации — PVST+, которая позволяет наладить связь между свичами с CST и PVST, и работает как с ISL- транком, так и с 802.1q. PVST+ это протокол по умолчанию на коммутаторах Cisco.

Все, о чем мы говорили ранее в этой статье, относится к первой реализация протокола STP, которая была разработана в 1985 году Радией Перлман (ее стихотворение использовано в качестве эпиграфа). В 1990 году эта реализации была включена в стандарт IEEE 802.1D. Тогда время текло медленнее, и перестройка топологии STP, занимающая 30-50 секунд (. ), всех устраивала. Но времена меняются, и через десять лет, в 2001 году, IEEE представляет новый стандарт RSTP (он же 802.1w, он же Rapid Spanning Tree Protocol, он же Быстрый STP). Чтобы структурировать предыдущий материал и посмотреть различия между обычным STP (802.1d) и RSTP (802.1w), соберем таблицу с основными фактами:

Как мы видим, в RSTP остались такие роли портов, как корневой и назначенный, а роль заблокированного разделили на две новых роли: Alternate и Backup. Alternate — это резервный корневой порт, а backup — резервный назначенный порт. Как раз в этой концепции резервных портов и кроется одна из причин быстрого переключения в случае отказа. Это меняет поведение системы в целом: вместо реактивной (которая начинает искать решение проблемы только после того, как она случилась) система становится проактивной, заранее просчитывающей “пути отхода” еще до появления проблемы. Смысл простой: для того, чтобы в случае отказа основного переключится на резервный линк, RSTP не нужно заново просчитывать топологию, он просто переключится на запасной, заранее просчитанный.
Ранее, для того, чтобы убедиться, что порт может участвовать в передаче данных, требовались таймеры, т.е. свич пассивно ждал в течение означенного времени, слушая BPDU. Ключевой фичей RSTP стало введение концепции типов портов, основанных на режиме работы линка- full duplex или half duplex (типы портов p2p или shared, соответственно), а также понятия пограничный порт (тип edge p2p), для конечных устройств. Пограничные порты назначаются, как и раньше, командой spanning-tree portfast, и с ними все понятно- при включении провода сразу переходим к forwarding-состоянию и работаем. Shared-порты работают по старой схеме с прохождением через состояния BLK — LIS — LRN — FWD. А вот на p2p-портах RSTP использует процесс предложения и соглашения (proposal and agreement). Не вдаваясь в подробности, его можно описать так: свич справедливо считает, что если линк работает в режиме полного дуплекса, и он не обозначен, как пограничный, значит, на нем только два устройства- он и другой свич. Вместо того, чтобы ждать входящих BPDU, он сам пытается связаться со свичом на том конце провода с помощью специальных proposal BPDU, в которых, конечно, есть информация о стоимости маршрута к корневому свичу. Второй свич сравнивает полученную информацию со своей текущей, и принимает решение, о чем извещает первый свич посредством agreement BPDU. Так как весь этот процесс теперь не привязан к таймерам, происходит он очень быстро- только подключили новый свич- и он практически сразу вписался в общую топологию и приступил к работе (можете сами оценить скорость переключения в сравнении с обычным STP на видео). В Cisco-мире RSTP называется PVRST (Per-Vlan Rapid Spanning Tree).

Чуть выше, мы упоминали о PVST, в котором для каждого влана существует свой процесс STP. Вланы это довольно удобный инструмент для многих целей, и поэтому, их может быть достаточно много даже в некрупной организации. И в случае PVST, для каждого будет рассчитываться своя топология, тратиться процессорное время и память свичей. А нужно ли нам рассчитывать STP для всех 500 вланов, когда единственное место, где он нам нужен- это резервный линк между двумя свичами? Тут нас выручает MSTP. В нем каждый влан не обязан иметь собственный процесс STP, их можно объединять. Вот у нас есть, например, 500 вланов, и мы хотим балансировать нагрузку так, чтобы половина из них работала по одному линку (второй при этом блокируется и стоит в резерве), а вторая- по другому. Это можно сделать с помощью обычного STP, назначив один корневой свич в диапазоне вланов 1-250, а другой- в диапазоне 250-500. Но процессы будут работать для каждого из пятисот вланов по отдельности (хотя действовать будут совершенно одинаково для каждой половины). Логично, что тут хватит и двух процессов. MSTP позволяет создавать столько процесов STP, сколько у нас логических топологий (в данном примере- 2), и распределять по ним вланы. Думаем, нет особого смысла углубляться в теорию и практику MSTP в рамках этой статьи (ибо теории там ого-го), интересующиеся могут пройти по ссылке.

Агрегация каналов

Но какой бы вариант STP мы не использовали, у нас все равно существует так или иначе неработающий линк. А возможно ли задействовать параллельные линки по полной и при этом избежать петель? Да, отвечаем мы вместе с циской, начиная рассказ о EtherChannel.
Иначе это называется link aggregation, link bundling, NIC teaming, port trunkinkg
Технологии агрегации (объединения) каналов выполняют 2 функции: с одной стороны, это объединение пропускной способности нескольких физических линков, а с другой — обеспечение отказоустойчивости соединения (в случае падения одного линка нагрузка переносится на оставшиеся). Объединение линков можно выполнить как вручную (статическое агрегирование), так и с помощью специальных протоколов: LACP (Link Aggregation Control Protocol) и PAgP (Port Aggregation Protocol). LACP, опеределяемый стандартом IEEE 802.3ad, является открытым стандартом, то есть от вендора оборудования не зависит. Соответственно, PAgP — проприетарная цисковская разработка.
В один такой канал можно объединить до восьми портов. Алгоритм балансировки нагрузки основан на таких параметрах, как IP/MAC-адреса получателей и отправителей и порты. Поэтому в случае возникновения вопроса: “Хей, а чего так плохо балансируется?” в первую очередь смотрите на алгоритм балансировки.

Port security

Теперь расскажем вкратце, как обеспечить безопасность сети на втором уровне OSI. В этой части статьи теория и практическая конфигурация совмещены. Увы, Packet Tracer не умеет ничего из упомянутых в этом разделе команд, поэтому все без иллюстраций и проверок.
Для начала, следует упомянуть команду конфигурации интерфейса switchport port-security, включающую защиту на определенном порту свича. Затем, с помощью switchport port-security maximum 1 мы можем ограничить количество mac-адресов, связанных с данным портом (т.е., в нашем примере, на данном порту может работать только один mac-адрес). Теперь указываем, какой именно адрес разрешен: его можно задать вручную switchport port-security mac-address адрес, или использовать волшебную команду switchport port-security mac-address sticky, закрепляющую за портом тот адрес, который в данный момент работает на порту. Далее, задаем поведение в случае нарушения правила switchport port-security violation : порт либо отключается, и потом его нужно поднимать вручную (shutdown), либо отбрасывает пакеты с незарегистрированного мака и пишет об этом в консоль (restrict), либо просто отбрасывает пакеты (protect).
Помимо очевидной цели — ограничение числа устройств за портом — у этой команды есть другая, возможно, более важная: предотвращать атаки. Одна из возможных — истощение CAM-таблицы. С компьютера злодея рассылается огромное число кадров, возможно, широковещательных, с различными значениями в поле MAC-адрес отправителя. Первый же коммутатор на пути начинает их запоминать. Одну тысячу он запомнит, две, но память-то оперативная не резиновая, и среднее ограничение в 16000 записей будет довольно быстро достигнуто. При этом дальнейшее поведение коммутатора может быть различным. И самое опасное из них с точки зрения безопасности: коммутатор может начать все кадры, приходящие на него, рассылать, как широковещательные, потому что MAC-адрес получателя не известен (или уже забыт), а запомнить его уже просто некуда. В этом случае сетевая карта злодея будет получать все кадры, летающие в вашей сети.

DHCP Snooping

Другая возможная атака нацелена на DHCP сервер. Как мы знаем, DHCP обеспечивает клиентские устройства всей нужной информацией для работы в сети: ip-адресом, маской подсети, адресом шюза по умолчанию, DNS-сервера и прочим. Атакующий может поднять собственный DHCP, который в ответ на запрос клиентского устройства будет отдавать в качестве шлюза по умолчанию (а также, например, DNS-сервера) адрес подконтрольной атакующему машины. Соответственно, весь трафик, направленный за пределы подсети обманутыми устройствами, будет доступен для изучения атакующему — типичная man-in-the-middle атака. Либо такой вариант: подлый мошенник генерируют кучу DHCP-запросов с поддельными MAC-адресами и DHCP-сервер на каждый такой запрос выдаёт IP-адрес до тех пор, пока не истощится пул.
Для того, чтобы защититься от подобного вида атак, используется фича под названием DHCP snooping. Идея совсем простая: указать свичу, на каком порту подключен настоящий DHCP-сервер, и разрешить DHCP-ответы только с этого порта, запретив для остальных. Включаем глобально командой ip dhcp snooping, потом говорим, в каких вланах должно работать ip dhcp snooping vlan номер(а). Затем на конкретном порту говорим, что он может пренаправлять DHCP-ответы (такой порт называется доверенным): ip dhcp snooping trust.

IP Source Guard

После включения DHCP Snooping’а, он начинает вести у себя базу соответствия MAC и IP-адресов устройств, которую обновляет и пополняет за счет прослушивания DHCP запросов и ответов. Эта база позволяет нам противостоять еще одному виду атак — подмене IP-адреса (IP Spoofing). При включенном IP Source Guard, каждый приходящий пакет может проверяться на:

Включается IP Source Guard командой ip verify source на нужном интерфейсе. В таком виде проверяется только привязка IP-адреса, чтобы добавить проверку MAC, используем ip verify source port-security. Само собой, для работы IP Source Guard требуется включенный DHCP snooping, а для контроля MAC-адресов должен быть включен port security.

Dynamic ARP Inspection

Как мы уже знаем, для того, чтобы узнать MAC-адрес устройства по его IP-адресу, используется проткол ARP: посылается широковещательный запрос вида “у кого ip-адрес 172.16.1.15, ответьте 172.16.1.1”, устройство с айпишником 172.16.1.15 отвечает. Подобная схема уязвима для атаки, называемой ARP-poisoning aka ARP-spoofing: вместо настоящего хоста с адресом 172.16.1.15 отвечает хост злоумышленника, заставляя таким образом трафик, предназначенный для 172.16.1.15 следовать через него. Для предотвращения такого типа атак используется фича под названием Dynamic ARP Inspection. Схема работы похожа на схему DHCP-Snooping’а: порты делятся на доверенные и недоверенные, на недоверенных каждый ARP-ответ подвергаются анализу: сверяется информация, содержащаяся в этом пакете, с той, которой свич доверяет (либо статически заданные соответствия MAC-IP, либо информация из базы DHCP Snooping). Если не сходится- пакет отбрасывается и генерируется сообщение в syslog. Включаем в нужном влане (вланах): ip arp inspection vlan номер(а). По умолчанию все порты недоверенные, для доверенных портов используем ip arp inspection trust.

Практика

Наверное, большинство ошибок в Packet Tracer допущено в части кода, отвечающего за симуляцию STP, будте готовы. В случае сомнения сохранитесь, закройте PT и откройте заново

Итак, переходим к практике. Для начала внесем некоторые изменения в топологию — добавим избыточные линки. Учитывая сказанное в самом начале, вполне логично было бы сделать это в московском офисе в районе серверов — там у нас свич msk-arbat-asw2 доступен только через asw1, что не есть гуд. Мы отбираем (пока, позже возместим эту потерю) гигабитный линк, который идет от msk-arbat-dsw1 к msk-arbat-asw3, и подключаем через него asw2. Asw3 пока подключаем в порт Fa0/2 dsw1. Перенастраиваем транки:

Не забываем вносить все изменения в документацию!
Скачать актуальную версию документа.
Теперь посмотрим, как в данный момент у нас самонастроился STP. Нас интересует только VLAN0003, где у нас, судя по схеме, петля.

Разбираем по полочкам вывод команды Итак, какую информацию мы можем получить? Так как по умолчанию на современных цисках работает PVST+ (т.е. для каждого влана свой процесс STP), и у нас есть более одного влана, выводится информация по каждому влану в отдельности, каждая запись предваряется номером влана. Затем идет вид STP: ieee значит PVST, rstp — Rapid PVST, mstp то и значит. Затем идет секция с информацией о корневом свиче: установленный на нем приоритет, его mac-адрес, стоимость пути от текущего свича до корневого, порт, который был выбран в качестве корневого (имеет лучшую стоимость), а также настройки таймеров STP. Далее- секция с той же информацией о текущем свиче (с которого выполняли команду). Затем- таблица состояния портов, которая состоит из следующих колонок (слева направо):

Итак, мы видим, что Gi1/1 корневой порт, это дает некоторую вероятность того, что на другом конце линка корневой свич. Смотрим по схеме, куда ведет линк: ага, некий msk-arbat-asw1.

Вот он, наш корневой свич для VLAN0003.
А теперь посмотрим на схему. Ранее, мы увидели в состоянии портов, что dsw1 блокирует порт Gi1/2, разрывая таким образом петлю. Но является ли это оптимальным решением? Нет, конечно. Сейчас наша новая сеть работает точь-в-точь как старая- трафик от asw2 идет только через asw1. Выбор корневого маршрутизатора никогда не нужно оставлять на совесть глупого STP. Исходя из схемы, наиболее оптимальным будет выбор в качестве корневого свича dsw1- таким образом, STP заблокирует линк между asw1 и asw2. Теперь это все надо объяснить недалекому протоколу. А для него главное что? Bridge ID. И он неслучайно складывается из двух чисел. Приоритет- это как раз то слагаемое, которое отдано на откуп сетевому инженеру, чтобы он мог повлиять на результат выбора корневого свича. Итак, наша задача сводится к тому, чтобы уменьшить (меньше-лучше, думает STP) приоритет нужного свича, чтобы он стал Root Bridge. Есть два пути:
1) вручную установить приоритет, заведомо меньший, чем текущий:

Теперь он стал корневым для влана 3, так как имеет меньший Bridge ID:

2) дать умной железке решить все за тебя:

Мы видим, что железка поставила какой-то странный приоритет. Откуда взялась эта круглая цифра, спросите вы? А все просто- STP смотрит минимальный приоритет (т.е. тот, который у корневого свича), и уменьшает его на два шага инкремента (который составляет 4096, т.е. в итоге 8192). Почему на два? А чтобы была возможность на другом свиче дать команду spanning-tree vlan n root secondary (назначает приоритет=приоритет корневого-4096), что позволит нам быть уверенными, что, если с текущим корневым свичом что-то произойдет, его функции перейдут к этому, “запасному”. Вероятно, вы уже видите на схеме, как лампочка на линке между asw2 и asw1 пожелтела? Это STP разорвал петлю. Причем именно в том месте, в котором мы хотели. Sweet! Зайдем проверим: лампочка — это лампочка, а конфиг — это факт.

Теперь полюбуемся, как работает STP: заходим в командную строку на ноутбуке PTO1 и начинаем бесконечно пинговать наш почтовый сервер (172.16.0.4). Пинг сейчас идет по маршруту ноутбук-asw3-dsw1-gw1-dsw1(ну тут понятно, зачем он крюк делает — они из разных вланов)-asw2-сервер. А теперь поработаем Годзиллой из SimСity: нарушим связь между dsw1 и asw2, вырвав провод из порта (замечаем время, нужное для пересчета дерева).
Пинги пропадают, STP берется за дело, и за каких-то 30 секунд коннект восстанавливается. Годзиллу прогнали, пожары потушили, связь починили, втыкаем провод обратно. Пинги опять пропадают на 30 секунд! Мда-а-а, как-то не очень быстро, особенно если представить, что это происходит, например, в процессинговом центре какого-нибудь банка.
Но у нас есть ответ медленному PVST+! И ответ этот — Быстрый PVST+ (так и называется, это не шутка: Rapid-PVST). Посмотрим, что он нам дает. Меняем тип STP на всех свичах в москве командой конфигурационного режима: spanning-tree mode rapid-pvst
Снова запускаем пинг, вызываем Годзиллу… Эй, где пропавшие пинги? Их нет, это же Rapid-PVST. Как вы, наверное, помните из теоретической части, эта реализация STP, так сказать, “подстилает соломку” на случай падения основного линка, и переключается на дополнительный (alternate) порт очень быстро, что мы и наблюдали. Ладно, втыкаем провод обратно. Один потерянный пинг. Неплохо по сравнению с 6-8, да?

EtherChannel

Помните, мы отобрали у офисных работников их гигабитный линк и отдали его в пользу серверов? Сейчас они, бедняжки, сидят, на каких-то ста мегабитах, прошлый век! Попробуем расширить канал, и на помощь призовем EtherChannel. В данный момент у нас соединение идет от fa0/2 dsw1 на Gi1/1 asw3, отключаем провод. Смотрим, какие порты можем использовать на asw3: ага, fa0/20-24 свободны, кажется. Вот их и возьмем. Со стороны dsw1 пусть будут fa0/19-23. Соединяем порты для EtherChannel между собой. На asw3 у нас на интерфейсах что-то настроено, обычно в таких случаях используется команда конфигурационного режима default interface range fa0/20-24, сбрасывающая настройки порта (или портов, как в нашем случае) в дефолтные. Packet tracer, увы, не знает такой хорошей команды, поэтому в ручном режиме убираем каждую настройку, и тушим порты (лучше это сделать, во избежание проблем)

ну а теперь волшебная команда

то же самое на dsw1:

поднимаем интерфейсы asw3, и вуаля: вот он, наш EtherChannel, раскинулся аж на 5 физических линков. В конфиге он будет отражен как interface Port-channel 1. Настраиваем транк (повторить для dsw1):

Как и с STP, есть некая трудность при работе с etherchannel в Packet Tracer’e. Настроить-то мы, в принципе, можем по вышеописанному сценарию, но вот проверка работоспособности под большим вопросом: после отключения одного из портов в группе, трафик перетекает на следующий, но как только вы вырубаете второй порт — связь теряется и не восстанавливается даже после включения портов.
Отчасти в силу только что озвученной причины, отчасти из-за ограниченности ресурсов мы не сможем раскрыть в полной мере эти вопросы и посему оставляем бОльшую часть на самоизучение.

Источник