Deel dit onderwerp alstublieft!

Spanning Tree Protocol

Wat is Spanning Tree Protocol

Het doel van het spanning tree protocol, is een redundant netwerk te bouwen. Meerdere switchen worden aan elkaar gekoppeld, en je zorgt er voor dat er meerdere paden zijn om de hoofd switch te bereiken. Als er een probleem zou zijn op het pad naar de hoofd switch, kan het netwerkverkeer een ander pad nemen. 

De hoofd switch  communiceert met de andere switches en kan poorten openen/sluiten om het nieuwe pad te bepalen. Dit gebeurt door middel van BPDU frames (Bridge Protocol Data Units).

Echter doordat de switches allemaal verbonden zijn met elkaar, zouden er netwerk loops ontstaan. Het spanning tree protocol zorgt er in de tweede plaats voor dat dit niet kan. Dit gebeurt allemaal in het layer2 van het OSI model. Het Spanning Tree Protocol is dus een layer2 protocol en is werkzaam op eenzelfde LAN.

De Spanning Tree configuratie heeft niets te maken met de traditionele failover of VRRP configuraties.

Wat je nog moet weten over de spanning tree protocol configuratie vooraleer ik verder ga

Vooraleer ik verder ga met deze uiteenzetting moet je weten dat STP (IEEE 802.1D) al een hele tijd is verouderd. Dit omdat deze te traag was voor de huidige netwerk snelheden. Nu is de RSTP beschikbaar wat staat voor Rapid Spanning Tree Protocol (IEEE 802.1W) die heel wat sneller is dan zijn voorganger.

En er bestaat nog een andere MSTP wat staat voor Multiple Spanning Tree Protocol (IEEE 802.1 S). In deze lab test ga ik me uitsluitend concentreren op het RSTP protocol. Doch de configuratie blijft vrijwel dezelfde als STP, de techniek erachter is wel wat anders maar dit ga ik hier niet bespreken.

De STP en RSTP spanning tree revolutie nader bekeken

De standaardwaarde voor het STP pad costs werd oorspronkelijk berekend door de formule 1 Gbit / s / bandbreedte. 
Toen hogere snelheden beschikbaar kwamen, werden de standaardwaarden aangepast. Zijn opvolger RSTP gebruikt een vergelijkbare formule 20 Tbit /s / bandbreedte.
 
De pad costs ondersteunde een 16-bits waarde (1 - 65535) terwijl de cost van het root pad een 32-bits waarde kregen ingebed in het veld Bridge Protocol Data Unit.

In het jaar 1998 had STP  (802.1D) 16-bit pad costs. In 2004 had de herziene 802.1D zijn 16-bits pad cost verhoogd naar een 32-bits waarde.
Dat resulteerde dat er meer details konden worden doorgegeven met de BPDU communicatie.

Achterwaartse compatibiliteit van de verschillende spanning tree is mogelijk 

Switches met het Rapid Spanning Tree Protocol zijn achterwaarts compatibel met STP.  Doch het is echter niet aan te raden om de twee soorten bridgen in een netwerk topologie te mengen. Dit omdat u dan niet kan profiteren van de veel snellere Rapid Spanning Tree  invloeden op je netwerk.

Wat is het eerste proces dat het Spanning Tree Protocol uitvoert

Eerst zal bepaald worden wie de root bridge zal zijn. Dit gebeurt door te communiceren met BPDU frames. Deze root bridge bouwt de topologie op van het netwerk.
De root bridge zal dan als controller en manager gebruikt worden voor RSTP. Standaard is de Root Bridge de switch met de laagste prioriteit. Indien 2 switches toch dezelfde prioriteit hebben, dan wint de switch met het kleinste numeriek MAC-adres. 

In mikrotik kan je de prioriteiten instellen , en dus zo de Root bridge bepalen. Dit ga je hier allemaal zien hoe dit in zijn werk gaat in deze uiteenzetting. 
Wat ik nu ga bespreken over de bepaalde functies in een Rapid Spanning Tree Protocol configuratie ga ik hier eerst tonen in een tabel.

Wil je RSTP gaan configureren voor redundantie weet wat deze termen in deze tabel betekenen

1 Root Bridge

Een switch met alle poorten in de status doorsturen is een root bridge. De Root Bridge wordt ook wel eens de Root Switch genoemd.
De Root Bridge is de hoofd switch in het computer netwerk voor het vermijden van loops. Daarvoor moet er slechts één actief pad bestaan naar alle andere netwerkswitches. Op deze manier worden mogelijke netwerk loops vermeden.

2 Root Port

De switch poort van een niet root switch die verbinding maakt met de Root Bridge met de kleinste cost noemt men een Root poort.
Deze kan door de RSTP techniek worden gewijzigd als er een switch uitvalt of de verbinding is verbroken naar een switch met de kleinste cost.

3 Designated Port (aangewezen poort)

Een niet root poort, die wordt doorgestuurd van de root switch en de laagste cost heeft in dat Ethernet-segment, wordt de Designated Port of de aangewezen poort genoemd.

4 Cost

De Cost van een poort wordt bepaald door de snelheid van die poort. Hoe lager de Cost op de poort hoe hoger de bandbreedte snelheid die heeft.
 Je moet dus juist omgekeerd gaan denken. Daarom zal de er meer voorkeur worden gegeven aan een poort met een lage Cost.

5 BPDU's

BPDU's zijn speciale STP-frames die alle nodige informatie bevatten over de netwerk topologie van het netwerk. De Root Bridge switch communiceert voortdurend met de andere switchen in het LAN met behulp van de Bridge Protocol Data Units. Dit gebeurt alle twee seconden.

Hoe beslist RSTP of een poort in een forward of block status moet worden geplaatst?

Eerst kiest RSTP een Root Bridge en plaatst alle werkende poorten van deze Root Bridge in een forward status. Dit wil dus zeggen dat alle andere netwerkswitches geen Root switchen zijn. RSTP bekijkt vervolgens alle root poorten van deze switchen. Zodra deze root poorten met de laagste kosten wordt gevonden worden deze in de forward modus geplaatst. Daarna plaatst het Rapid Spanning Tree Protocol alle andere poorten in een blokkeerstatus. 

Het is absoluut noodzakelijk om te begrijpen dat het proces van het kiezen van de Root port en de niet Root switchen alleen wordt uitgevoerd op werkende interfaces. Elke non actieve poort die geen verbinding heeft, wordt in een uitgeschakelde status geplaatst. 
Deze non actieve poorten worden niet in het proces betrokken tijdens de implementatie van de RSTP algoritmen.

Vereisten voor een goede werking van het rapid spanning tree protocol

  • Op alle switchen in het netwerk moet Spanning Tree ingeschakeld zijn.
  • Alle switchen moeten dezelfde versie van het Spanning Tree Protocol gebruiken wil je ten volle genieten van de snelheid. 
  • Bepaal welke switch de Root Bridge zal zijn en bepaal ook de prioriteit van de andere switchen in de Spanning Tree.
  • Als de root bridge uitvalt door een defect zal het protocol automatisch een nieuwe root bridge gaan toewijzen op basis van de bridge ID.
  • Als alle switchen dezelfde bridge ID hebben en de root bridge uitvalt door een defect wijst het protocol een andere root bridge op basis van het MAC-adres.  
  • Indien het protocol de root bridge heeft gekozen wordt het beste pad naar de root bridge gekozen op basis van de poort cost, het pad cost en de poort prioriteit. 
Spanning Tree Protocol

Wat als 2 switchen dezelfde prioriteit hebben

indien er switchen zijn met dezelfde prioriteit, dan wordt er gebruik gemaakt van een 2e veld, om de prioriteit te gebruiken. Namelijk het MAC adres.Dit wordt gedaan via het bridge ID (bridge identificatie) . Dit wordt gevormd door de prioriteit samen te voegen met het MAC-adres. Het eerste deel is de prioriteit van de switch (2 byte).

Het tweede deel is het MAC-adres (6 byte) van de switch is. De som van deze twee parameters zorgen voor een uniek 8 byte bridge ID. Daar het MAC-adres steeds anders is bij elke switch. De switch met het laagste Bridge ID zal 'winnen'

Zie onderstaande afbeelding.

MAC-adres omzetten in een decimaal getal 

Een MAC-adres heeft een hexadecimale waarde. Als wij willen weten wie de laagste waarde, dienen we dit om te zetten van hexadecimaal naar decimaal. Wij kunnen immers hexadecimaal niet goed begrijpen en op deze manier wordt het eenvoudiger gemaakt.

In onderstaande afbeelding gebruiken we de rekenmachine van windows om een hexadecimaal MAC-adres om te zetten naar een decimaal getal . Je selecteert eerst in de rekenmachine hex. We gaan immers een hexadecimale waarde ingeven. Dan vul je het mac adres in, zonder : (dubbele punt) of - (koppelteken)

Swich 1 heeft een mac adres B8-69-F4-5D-76-A9. In de rekenmachine vullen we dus gewoon B869F45D76A9 in. 

Om nu om te zetten naar een decimaal getal hoef je enkel DEC te selecteren, en dan heb je de decimale waarde van het hexadecimaal getal. In onderstaand voorbeeld is dit 202 765 210 842 793

In dit voorbeeld heeft Switch 2 dezelfde prioriteit, en met MAC adres B9-69-F4-5D-76-A9, dan vul je B969F45D76A9 in, in de rekenmachine en vormen we dit om naar decimaal. Het resultaat is ‭203 864 722 470 569‬

Switch 1 heeft in dit voorbeeld het laagste getal, en zal hier ook als 'winnaar' uitkomen. Dus switch 2 zal bij het opbouwen van de spanning tree, NA switch 1 komen.
Dit kan zowel voor het bepalen zijn van de root bridge, of bij het bepalen van het pad naar de root switch.


Rapid Spanning Tree Protocol

De lab opstelling 

Spanning Tree Protocol

In deze lab test ga ik gebruik maken van meerdere Mikrotik switchen. Zie onderstaande opstellingen

De Situatie 1 is de normaal werkende setup. Al het verkeer van switch 4 verloopt via switch 2 naar de root switch
Situatie 2 is wanneer switch 3 overneemt door een onderbreking van het netwerk. Nu verloopt al het verkeer van switch 4 via switch 3 naar de root switch

Enkel door het instellen van de prioriteiten in de switch kunnen we dit reeds bekomen. Doch dit is hier een zeer simpele toepassing van het Spanning Tree Protocol.

Switch 1 (root switch) Prioriteit 1
Switch 2 Prioriteit 100
Switch 3 Prioriteit 200
Switch 4 Prioriteit 1000

Situatie 1 (normaal)

Spanning Tree Protocol schema

Situatie 2 (onderbreking van switch 2)

Spanning Tree Protocol schema

Door deze instellingen kunnen we al begrijpen dat switch 2 altijd zal 'winnen' van switch 3. Bij normale werking verloopt alle verkeer dus via switch 2.
In geval we de switch 2 uitschakelen of de kabel uittrekken, zal switch 3 automatisch overnemen om netwerkverkeer naar de root switch te blijven behouden.

Dit is nog een zeer eenvoudige Spanning Tree configuratie omdat er nog geen gebruik wordt gemaakt van poort prioriteit instellingen. Als basis behandel ik juist de prioritering van de switchen en de root bridge.

spanning tree protocol

Hoe Spanning Tree configureren in Mikrotik

Deze video toont je de volledige configuratie inclusief het aansluiten van de netwerkkabels en demo. Deze Spanning Tree Lab test laat je alvast zien hoe je een redundant netwerk opbouwt door RSTP de aangesloten switchen te laten managen. Dit door gebruik te maken van prioriteit instellingen op de bridge → STP

Steun WirelessInfo.be

Om de jaarlijkse kosten wat te helpen dragen stort een kleine bijdrage op de Paypal rekening alstublieft.
Deze bijdrage wordt gebruikt om de hosting, bepaalde plugin's en hardware te financieren.