En las comunicaciones de red, la redundancia de enlaces es crucial para garantizar la estabilidad y la fiabilidad. Sin embargo, la creación de enlaces redundantes puede provocar bucles de red, lo que provoca tormentas de difusión y deriva de direcciones MAC, afectando en última instancia la calidad de la comunicación. El protocolo de árbol de expansión (STP) se diseñó para resolver estos problemas. Sin embargo, con la creciente complejidad de los entornos de red, surgieron nuevos protocolos como PVST, RSTP y MSTP para subsanar las deficiencias de STP. Este artículo analiza en profundidad cada protocolo y sus diferencias clave.
Protocolo de árbol de expansión (STP)
Definido por el estándar IEEE 802.1D, STP es el primer protocolo que elimina los bucles de red. STP funciona mediante la construcción de una estructura de árbol sin bucles, conocida como árbol de expansión, y la selección de un puente raíz mediante un proceso de elección.
Cómo funciona:
- Identificación del puente (BID) y Identificación del puerto (PID) se utilizan para elegir el Puente Raíz.
- Puerto raíz (RP):Se conecta directamente al puente raíz y reenvía datos.
- Puerto Designado (PD):Conecta dispositivos en la red, garantizando la transmisión de mensajes.
Estados rectores de puertos en STP:
- Bloqueo:No reenvía cuadros, evitando bucles.
- Escuchando:Detecta mensajes BPDU.
- Aprendiendo:Aprende direcciones MAC.
- Reenvío:Reenvía tramas de datos.
- Desactivado:El puerto no funciona.
Problemas clave con STP:
- Convergencia lenta: Después de un cambio de topología, puede tardar 30-50 segundos para estabilizarse, provocando bucles temporales.
- Baja utilización de enlaces: Sólo se utilizan los enlaces activos; los enlaces redundantes permanecen inactivos.
Árbol de expansión por VLAN (PVST) y PVST+
Desarrollado por Cisco, PVST ejecuta una instancia separada del árbol de expansión para cada VLAN, lo que ofrece una mejor utilización del enlace.
Principio y beneficios:
- Los árboles de expansión independientes para cada VLAN pueden distribuir el tráfico de manera más eficiente.
- PVST+ Amplía el soporte a encapsulaciones troncales ISL y 802.1Q.
Limitaciones:
A pesar de mejorar la utilización de los enlaces, PVST y PVST+ aún sufren tiempos de convergencia lentos, particularmente en redes grandes.
Protocolo de árbol de expansión rápido (RSTP)
Para superar el largo tiempo de convergencia de STP, el estándar IEEE 802.1w introdujo RSTP.
Principio y mejoras:
- Convergencia más rápida: RSTP presenta dos nuevos roles de puerto: Puerto alternativo y Puerto de respaldo, lo que permite una conmutación por error rápida.
- Detección de enlace punto a punto: Permite transiciones rápidas para puertos conectados directamente a otros interruptores o dispositivos.
- Puertos de borde: Conectado directamente a los dispositivos finales sin demora.
Ventajas del RSTP:
- Convergencia en 1 segundo o menos.
- Compatibilidad con versiones anteriores con STP para entornos de red mixtos.
Limitaciones:
- Todavía se basa en un árbol de expansión único (SST), lo que significa que las redes más grandes con topologías complejas pueden enfrentar desafíos de convergencia.
Protocolo de árbol de expansión múltiple (MSTP)
Introducido por el IEEE 802.1s estándar, MSTP Se basa en RSTP pero ofrece múltiples árboles de expansión, lo que mejora la escalabilidad y la eficiencia.
Beneficios clave:
- Agrupa las VLAN en Instancias de árbol de expansión múltiple (MSTI) para equilibrar el tráfico en varias rutas.
- Soportes convergencia rápida, reduciendo el tiempo de inactividad después de cambios de topología.
Diferencias clave: STP vs. RSTP vs. PVST vs. MSTP
| Velocidad de convergencia | Distribución del tráfico | Compatibilidad de protocolos | |
|---|---|---|---|
| STP | Lento (30-50 segundos) | Árbol de expansión único para toda la red | Con el apoyo de todos los proveedores |
| RSTP | Rápido (1 segundo o menos) | Árbol de expansión único para toda la red | Con el apoyo de todos los proveedores |
| PVST/PVST+ | Lento (basado en STP) | Múltiples árboles de expansión basados en VLAN | Propiedad de Cisco |
| MSTP | Convergencia rápida con múltiples instancias | Varias instancias para VLAN agrupadas | Solución estandarizada de múltiples proveedores |
Conclusión
La elección del protocolo de árbol de expansión adecuado depende del tamaño de la red, su complejidad y la velocidad de convergencia deseada. STP puede ser relevante para redes pequeñas y sencillas, mientras que RSTP ofrece una convergencia más rápida. PVST y PVST+ proporcionan una mejor distribución del tráfico, pero son propiedad de Cisco, y MSTP es la opción preferida para redes grandes, escalables y de múltiples proveedores.
