Em comunicações de rede, a redundância de links é crucial para garantir estabilidade e confiabilidade. No entanto, a criação de links redundantes pode levar a loops de rede, causando tempestades de transmissão e desvios de endereços MAC, afetando, em última análise, a qualidade da comunicação. O Protocolo Spanning Tree (STP) foi projetado para solucionar esses problemas. No entanto, com a crescente complexidade dos ambientes de rede, novos protocolos como PVST, RSTP e MSTP surgiram para suprir as deficiências do STP. Este artigo analisa cada protocolo e suas principais diferenças.
Protocolo de Árvore de Abrangência (STP)
Definido pelo padrão IEEE 802.1D, o STP é o primeiro protocolo a eliminar loops de rede. O STP funciona construindo uma estrutura de árvore sem loops, conhecida como árvore de abrangência, e selecionando uma Ponte Raiz por meio de um processo de eleição.
Como funciona:
- ID da ponte (BID) e ID da porta (PID) são usados para eleger a Ponte Raiz.
- Porta raiz (RP): Conecta-se diretamente à Root Bridge e encaminha dados.
- Porto Designado (DP): Conecta dispositivos na rede, garantindo a transmissão de mensagens.
Estados portuários em STP:
- Bloqueio: Não encaminha quadros, evitando loops.
- Audição: Detecta mensagens BPDU.
- Aprendizado: Aprende endereços MAC.
- Encaminhamento: Encaminha quadros de dados.
- Desabilitado: A porta está inativa.
Principais problemas com STP:
- Convergência lenta: Após uma mudança de topologia, pode levar 30-50 segundos para estabilizar, causando loops temporários.
- Baixa utilização do link: Somente links ativos são utilizados; links redundantes permanecem ociosos.
Por VLAN Spanning Tree (PVST) e PVST+
Desenvolvido por Cisco, PVST executa uma instância separada da árvore de extensão para cada VLAN, oferecendo melhor utilização do link.
Princípio e Benefícios:
- Árvores de extensão independentes para cada VLAN podem distribuir o tráfego de forma mais eficiente.
- PVST+ estende o suporte aos encapsulamentos de tronco ISL e 802.1Q.
Limitações:
Apesar da melhoria na utilização do link, o PVST e o PVST+ ainda sofrem com tempos de convergência lentos, principalmente em redes grandes.
Protocolo de Árvore de Expansão Rápida (RSTP)
Para superar o longo tempo de convergência do STP, o padrão IEEE 802.1w introduziu o RSTP.
Princípio e Melhorias:
- Convergência mais rápida: O RSTP introduz duas novas funções de porta: Porta Alternativa e Porta de Backup, permitindo failover rápido.
- Detecção de link ponto a ponto: Permite transições rápidas para portas conectadas diretamente a outras interruptores ou dispositivos.
- Portas de borda: Conectado diretamente aos dispositivos finais sem atraso.
Vantagens do RSTP:
- Convergência em 1 segundo ou menos.
- Compatibilidade com versões anteriores com STP para ambientes de rede mistos.
Limitações:
- Ainda baseado em uma única árvore de abrangência (SST), o que significa que redes maiores com topologias complexas podem enfrentar desafios de convergência.
Protocolo de Árvore de Extensão Múltipla (MSTP)
Apresentado por IEEE 802.1s padrão, MSTP baseia-se no RSTP, mas oferece múltiplas árvores de extensão, melhorando a escalabilidade e a eficiência.
Principais benefícios:
- Agrupa VLANs em Instâncias de Árvore de Extensão Múltipla (MSTIs) para equilibrar o tráfego em vários caminhos.
- Suportes convergência rápida, reduzindo o tempo de inatividade após alterações de topologia.
Principais diferenças: STP vs. RSTP vs. PVST vs. MSTP
| Velocidade de Convergência | Distribuição de tráfego | Compatibilidade de Protocolo | |
|---|---|---|---|
| STP | Lento (30-50 segundos) | Árvore de extensão única para toda a rede | Suportado por todos os fornecedores |
| RSTP | Rápido (1 segundo ou menos) | Árvore de extensão única para toda a rede | Suportado por todos os fornecedores |
| PVST/PVST+ | Lento (com base em STP) | Várias árvores de abrangência baseadas em VLANs | Propriedade da Cisco |
| MSTP | Convergência rápida com múltiplas instâncias | Várias instâncias para VLANs agrupadas | Solução padronizada e multifornecedor |
Conclusão
A escolha do protocolo de árvore de abrangência correto depende do tamanho da rede, da complexidade e da velocidade de convergência desejada. O STP ainda pode ser relevante para redes pequenas e simples, enquanto o RSTP oferece convergência mais rápida. O PVST e o PVST+ proporcionam melhor distribuição de tráfego, mas são proprietários da Cisco, e o MSTP é a escolha ideal para redes grandes, escaláveis e de vários fornecedores.
