7. Feszítőfa protokoll Spanning-tree protocol

CCNA 3

Networking Program A Cisco kapcsolás alapjai és Academy haladó szintű forgalomirányítás

A kapcsolás alapjai, és haladó szintű forgalomirányítás

7. Feszítőfa protokoll Spanning-tree protocol

CISCO Hálózati Akadémia ProgramMártha Péter

IRINYI JÁNOS SZAKKÖZÉPISKOLA Név

CCNA 3

A kapcsolás alapjai és haladó szintű forgalomirányítás

1. Redundáns topológiák 2. Feszítőfa protokoll

CISCO Hálózati Akadémia Program

IRINYI JÁNOS SZAKKÖZÉPISKOLA

CCNA 3


Alapfogalmak • Redundancia – Napi 100%-os rendelkezésre állás nem biztosítható, de törekedni kell a megközelítésre – Bizonyos elemek, vagy a teljes hálózati infrastruktúra többszörözése – Általános elvárás a 99.99%-os rendelkezésre állás. Ez évente 1.5 óra leállást jelent – A gyors konvergencia alapfeltétel – Hibatűrést biztosít

• Redundáns topológia – A redundáns topológiák létrehozásának célja az egyetlen hálózati elem meghibásodásából fakadó leállások kivédése – A nagy megbízhatóságú hálózatok mindegyikében szükség van redundanciára



CCNA 3


Redundáns topológiák hibalehetőségei • Szórási viharok – Ha nem működik valamilyen hurokelkerülési eljárás, minden kapcsoló szakadatlanul szórásos keretekkel árasztja el a hálózatot

• Többszörös kerettovábbítás – Az egyedi küldésű keretek több példányban juthatnak el a célállomáshoz. Sok protokoll van, amely nincs felkészítve rá, hogy egy-egy üzenet többször jusson el hozzá. Ha ugyanaz a keret több példányban érkezik be, helyrehozhatatlan hibák következhetnek be.

• Instabil MAC-címtábla – Ha ugyanaz a keret a kapcsoló több portjára is beérkezik, instabillá válhat a MAC-címtábla tartalma. Az adattovábbítás károkat szenvedhet, ha a kapcsoló arra használja fel erőforrásainak egy részét, hogy kezelje a MAC-címtábla instabilitásával járó gondokat



CCNA 3


Redundáns kapcsolt topológia • Jellemzők – A redundáns topológiában egyetlen elem meghibásodása nem okozhatja a teljes rendszer leállását. – Ha egy összeköttetés vagy készülék meghibásodik, a redundáns útvonal vagy készülék képes a meghibásodott feladatának átvételére

•

Veszélyek – Egy-egy keretből több másolat is létezhet, ami szórási vihart okozhat – MAC-címtáblák instabillá válhatnak



CCNA 3


Szórási viharok • Jellemzők – A szórásos és a csoportcímzéses kereteket a kapcsolók összes portjukon kiküldik, kivéve azt, amelyen beérkeztek – Akkor beszélünk szórási viharról egy Ethernet ütközési tartományon belül, ha másodpercenként legalább 126 szórásos csomag küldésére kerül sor – A szórási viharok meghiúsíthatják a forgalom normális haladását. A kapcsolót vagy hidat tartalmazó hálózat készülékeinek működését is megakadályozhatják. Ez azért van így, mert a szegmensbe tartozó minden készülék processzorának fel kell dolgoznia a szórásokat.



CCNA 3


Szórási viharok • Jellemzők – Szórások és csoportcímzések miatt alakulhat ki – Szórások és csoportcímzések továbbítás az összes porton megtörténik – kivéve a bejövő port



CCNA 3


Többszörös kerettovábbítás • Jellemzők – Kapcsolók táblájában nem szereplő MAC értékek – Munkaállomások ARP táblájában szereplő értékek – Minden készüléken többletterhelés



CCNA 3


Többszörös kerettovábbítás • • • • •

Tegyük fel, hogy az Y forgalomirányító MAC-címe mindkét kapcsolón lejárt Tegyük fel továbbá, hogy az X állomás ARP-gyorsítótárában továbbra is szerepel az Y forgalomirányító MAC-címe, és az állomás egyedi címzésű keretet küld a forgalomirányítónak A forgalomirányító azonnal megkapja a keretet, mivel az X állomással azonos szegmensben található Az A és B kapcsoló nem ismeri az Y forgalomirányító MAC-címét, ezért szórással az összes portján kiküldi a keretet az Y forgalomirányító több másolatot is kap a keretből



CCNA 3


MAC adatbázis instabilitása • Jellemzők – Adott MAC cím más porton érhető el, mint ahogy az az adatbázisban van – A kapcsolókon többletterhelés jelentkezik – Ha egy-egy keret több példányban, a kapcsoló különböző portjaira érkezik be, instabillá válik a MAC adatbázis. Redundáns kapcsolt hálózatban előfordulhat, hogy a kapcsolók hibás információkat jegyeznek meg. A kapcsoló hibásan tanulhatja meg, hogy melyik MAC-cím melyik porton érhető el.



CCNA 3


MAC adatbázis instabilitása • • •

• •

A kapcsolók rögzíthetnek olyan adatokat, amelyek szerint adott MAC-cím meghatározott portjukon van, miközben az állomás a valóságban egy másik porton keresztül érhető el Példánkban az Y forgalomirányító MAC-címe egyik kapcsoló MAC-címtáblájában sem szerepel Az X állomás egy keretet küld az Y forgalomirányítónak. Az A és a B kapcsoló a nullás porton megismeri az X állomás MAC-címét Mindkét kapcsoló 1-es portján keresztül szórással továbbítja a keretet Az A és a B kapcsoló is visszakapja az adatokat az 1-es portján, és ennek alapján – helytelenül – úgy látja, hogy az X állomás MAC-címe az 1-es porthoz tartozik



CCNA 3


1. Redundáns topológiák 2. Feszítőfa protokoll



CCNA 3


Redundáns topológia és feszítőfa •

•

•

• • • •

A feszítőfa protokoll (Spanning-Tree Protocol, STP) 2. rétegbeli kapcsolatkezelő protokoll, amely kapcsolt vagy hídtechnológiát alkalmazó hálózatokban biztosítja az útvonalak redundanciáját, de megakadályozza a nemkívánatos hurkok kialakulását. Az STP működése észrevehetetlen a végponti állomások számára. A redundáns kapcsolatok miatt viszont fizikai hurkok keletkeznek a hálózatban A második rétegben nincs élettartam (TTL). Ha egy keret bekerül egy második rétegbeli hurkot tartalmazó topológiába, akkor örökké keringeni fog. Ez a sávszélesség lekötésével és a hálózat használhatatlanná válásával járhat. (A harmadik rétegben a TTL értéke folyamatosan csökken, és amikor eléri a nullát, a csomagot eldobjuk. ) A megoldás az, hogy a fizikai hurkok létrejöttét engedélyezzük, de hurokmentes logikai topológiát hozunk létre A hurokmentes logikai topológiát fának nevezzük A feszítőfa protokoll folyamatos ellenőrzésnek veti alá a hálózatot A Catalyst kapcsolókon az STP alapértelmezés szerint be van kapcsolva



CCNA 3


Hurokmentes kapcsolás • Fizikai kialakítás – A nagyobb megbízhatóság érdekében a fizikai topológia redundáns kialakítású

• Logikai kialakítás – A hálózat logikailag hurokmentes a második rétegben is

• Feszítőfa protokoll (Spanning-Tree Protocol – STP) – – – –

Hurokmentes topológiát, fát képez Kiterjesztett csillag topológia, a hálózat feszítőfája Viszonylag hosszú idő alatt konvergál Továbbfejlesztett változata a gyors feszítőfa algoritmus, mely rövidebb időn belül konvergál



CCNA 3


A feszítőfa protokoll (IEEE 802.1d) • Működés – Feszítőfa-algoritmus segítségével hurokmentes legrövidebbút-hálózat létrehozása lehetséges – Legrövidebb utak kiválasztása az összeköttetések összköltsége alapján történik – Összeköttetés költsége a sebességtől függ – A kapcsolók gyökérponti hidat választanak, ez a kiindulópont – Olyan topológiát készít, amelyben minden cél csak egy úton érhető el – A nem használt redundáns ágak lezárásra kerülnek – Lezárt porton érkező kereteket a készülékek eldobják



CCNA 3


Bridge Protocol Data Unit (BPDU) •

•

Feladata: – Hurokmentes topológia létrehozását segítő üzenetek – BPDU forgalmazás lezárt porton is történhet BPDU segítségével elvégezhetők – Gyökérponti híd kiválasztása – Legrövidebb útvonal kiválasztása önmaga és a gyökérponti híd között – Minden LAN szegmens kapcsolói közül a gyökérponti hídhoz legközelebb eső megtalálása (kijelölt kapcsoló, feladata a LAN és a gyökérponti híd közötti forgalom kezelése) – A nem gyökérponti kapcsolók kiválasztják saját gyökérportjukat (ezen keresztül érik el a gyökérponti kapcsolót) – A feszítőfa felépítésében résztvevő portok kiválasztása (kijelölt port), a többi lezárása – A nem kijelölt portokat a készülékek lezárják. A zárolás előtt a készülék kiszámítja minden portjának költségét a gyökérponti hídhoz képest. Ezután azt a portot zárolja, amelynek a legnagyobb a költsége. – Alapértelmezett esetben a BPDU-k elküldésére két másodpercenként kerül sor.



CCNA 3


Bridge Protocol Data Unit (BPDU) •

Hogyan történik a gyökérponti híd kiválasztása? – Az STP-t használó készülékek a rendszergazda által megadott prioritási szám alapján állapodnak meg a gyökérponti híd kilétéről. Az a készülék lesz a gyökérponti híd, amelyiknek a legkisebb a prioritási száma.

•

Mi történik, ha két készüléknek ugyanaz a prioritási száma? – Ebben az esetben az STP-t használó készülékek azt a készüléket választják, amelyiknek kisebb a MAC-címe. A hidak az STP segítségével továbbítják a hidak MAC-címét és prioritási számát.

•

Mi az a BPDU? – A készülékek BPDU (Bridge Protocol Data Unit, hídprotokoll-adategység) formájában küldik egymásnak az üzeneteiket. A BPDU üzenetek a gyökérponti híd és a többi készülék legjobb portja (a „gyökérport”) között haladnak. A BPDU-k a hálózat állapotára vonatkozó üzeneteket továbbítanak.

•

Mi történik, ha meghatározott időn belül nem érkeznek be BPDU-k? – A nem gyökérponti hídként működő eszközök azt tételezik fel, hogy meghibásodott a gyökérponti híd, ezért új gyökérponti hidat választanak.



CCNA 3


BPDU felépítése és működése



CCNA 3


A feszítőfa működése •

•

Kiválasztásra kerül – Hálózatonként egy gyökérponti híd vagy kapcsoló – Minden nem gyökérponti kapcsolónál egy gyökérport – Szegmensenként egy kijelölt port – Használaton kívüli portok Adattovábbítás – A gyökérportok és kijelölt portok ( jelük: F) minden adatot továbbítanak – A nem kijelölt portok (jelük: B) csak BPDU-k forgalmazásában vesznek részt, a többi forgalmat eldobják



CCNA 3


Gyökérponti kapcsoló kiválasztása • Kiválasztás menete – BPDU-k kerülnek kiküldésre a híd azonosítójával (BID, 8 bájt), amely egy hídprioritásból (alapértelmezett értéke 32768) és a kapcsoló MAC címéből áll – A kapcsoló induláskor feltételezi, hogy ő a gyökérponti kapcsoló (A gyökérponti és küldő BID a kapcsoló BID-je lesz) – A kijelölt kapcsoló által küldött BPDU-ban gyökérponti és kijelölt kapcsolónak is saját magát jelöli meg – Az elküldött BID-eket minden kapcsoló megkapja – Ha alacsonyabb BID érték érkezik, mint a sajátja a továbbküldött BPDU-ban gyökérpontként az alacsonyabb BID-et szerepelteti – A legkisebb BID-et felmutató kapcsoló lesz a gyökérpont

• Figyelmeztetés – Kapcsolók prioritását csak indokolt esetben szabad megváltoztatni



CCNA 3


A portok feszítőfa protokoll szerinti állapotai •

Letiltott – Adminisztratív (rendszergazda által) úton letiltott portok, nincs semmilyen forgalom

•

Lezárt (max. 20 másodperc) – Csak BPDU-t fogadnak , adatkeretet eldobják, címet nem jegyeznek

•

Figyelő (továbbítási késleltetés: 15 másodperc) – a gyökérponti hídhoz vezető alternatív útvonalakat keresik, BPDU forgalom – Azaz útvonal, amelynek költsége a minimálisnál nagyobb, visszakerül lezárt állapotba – továbbítási késleltetésnek nevezzük – adatok továbbítása és a MAC-címek rögzítése szünetel (15 s)

•

Tanuló (továbbítási késleltetés: 15 másodperc) – adatok továbbítása még nem indul meg, de a címek feljegyzése a kapott forgalomból igen (15 s)

•

Továbbító – BPDU és normál adatforgalom, valamint címek tanulása - feljegyzése



CCNA 3


Portok állapotváltozása



CCNA 3


Feszítőfa újraszámolása • Konvergens hálózat – Minden kapcsolóport vagy továbbító, vagy lezárt módban van – A továbbító portok adatkereteket és BPDU-kat küldenek, fogadnak – A lezárt portok kizárólag BPDU-kat fogadnak

• Változás esetén – – – –

Topológia változás esetén a kapcsolók újraszámítják a feszítőfát Felhasználói adatforgalom megszakadhat Az IEEE 802.1d szerint a konvergálás akár 50 másodperc is lehet A konvergálás időtartama a 20 másodperces kiöregedési időtartamból, a 15 másodperces figyelő továbbítási késleltetésből és a szintén 15 másodperces tanuló továbbítási késleltetésből tevődik össze.



CCNA 3


Gyors feszítőfa porotokoll (IEEE 802.1w) • Gyors feszítőfa protokoll (Rapid Spanning-Tree Protocol, RSTP)

• A szabvány hatásköre – Portállapotok és szerepük tisztázása – Olyan összeköttetés állapotok leírása, amelyek gyorsan átmehetnek továbbító állapotba – Eljárás, hogy a konvergált hálózatok saját BPDU-kat generáljanak, ne a gyökérpontét továbbítsák

• Jellemzők – – – –

Lezárt állapot új neve „eldobó” lett, melyet alternatív portként kezelünk Egy eldobó port kijelöltté válhat, ha a kijelölt port meghibásodik Összeköttetés lehet pont-pont, belépési és megosztott A pont-pont és belépési összeköttetések közvetlenül továbbító módba válthatnak azonnal – Maximális konvergencia idő 15 másodperc CISCO Hálózati Akadémia Program


CCNA 3


Gyors feszítőfa porotokoll (IEEE 802.1w)



CCNA 3


Köszönöm a figyelmet!



7. Feszítőfa protokoll Spanning-tree protocol

Recommend Documents