Протокол множественного связующего дерева - Multiple Spanning Tree Protocol

Набор интернет-протоколов
Уровень приложения
Транспортный уровень
Интернет-уровень
Связующий слой

В Протокол множественного связующего дерева (MSTP) и алгоритм, обеспечивает как простое, так и полное подключение к любому заданному Виртуальная локальная сеть (VLAN) через мостовую локальную сеть. MSTP использует BPDU для обмена информацией между устройствами, совместимыми со связующим деревом, для предотвращения петель в каждом МГТИ (Несколько экземпляров связующего дерева) и в CIST (Общее и внутреннее связующее дерево) путем выбора активных и заблокированных путей. Это делается так же, как и в STP без необходимости вручную включать резервные ссылки и избавляться от мост петли Опасность.

Более того, MSTP позволяет кадрам / пакетам, назначенным разным VLAN, следовать по отдельным путям, каждый на основе независимого MSTI, в регионах MST, состоящих из LAN и или MST Bridges. Эти регионы, а также другие мосты и локальные сети соединены в единое общее связующее дерево (CST).

История и мотивация

Первоначально он был определен в IEEE 802.1s как поправка к 802.1Q, Издание 1998 г. и позднее объединенное со стандартом IEEE 802.1Q-2005, четко определяет расширение или эволюцию Радиа Перлман протокол Spanning Tree Protocol (STP) и Протокол быстрого связующего дерева (RSTP). Он имеет некоторое сходство с Cisco Systems Протокол MISTP (Multiple Instances Spanning Tree Protocol), но есть некоторые отличия.

Исходные протоколы STP и RSTP работают на уровне физического канала, предотвращая образование петель в мостах при наличии избыточных путей. Однако, когда LAN виртуализируется с использованием транкинга VLAN, каждый физический канал представляет собой несколько логических соединений. Блокировка физического канала блокирует все его логические ссылки и заставляет весь трафик проходить через оставшиеся физические ссылки в пределах остовное дерево. Избыточные ссылки вообще не могут быть использованы. Более того, без тщательного проектирования сети для подключения могут использоваться кажущиеся избыточными каналы на физическом уровне. разные Сети VLAN и блокировка любой из них могут привести к отключению одной или нескольких сетей VLAN, что приведет к плохие пути.

Вместо этого MSTP обеспечивает потенциально лучшее использование альтернативных путей, позволяя использовать альтернативные связующие деревья для разных VLAN или групп VLAN.

Основные субъекты

Несколько экземпляров связующего дерева (MSTI)

Различные связующие деревья, созданные разными MSTI на одном физическом макете.

Поскольку MSTP позволяет группировать и отображать VLAN в разные экземпляры связующего дерева, возникает потребность определить группу или набор VLAN, которые все используют одно и то же связующее дерево, это то, что мы знаем как MSTI.
Каждый экземпляр определяет единую топологию пересылки для эксклюзивного набора VLAN, в отличие от этого, сети STP или RSTP содержат только один экземпляр связующего дерева для всей сети, которая содержит все VLAN. Регион может включать:[1]

  • Внутренний экземпляр связующего дерева (IST): Экземпляр связующего дерева по умолчанию в любом регионе MST. Все VLAN в этом экземпляре IST соответствуют не замужем остовное дерево топология, разрешая только один путь пересылки между любыми двумя узлами. Он также обеспечивает корневой коммутатор для любых настроенных коммутаторов VLAN, которые специально не назначены для MSTI.
  • Множественный экземпляр связующего дерева (MSTI): В отличие от IST, этот тип экземпляра включает все статические VLAN, специально назначенные ему, и, по крайней мере, должен включать одну VLAN.

Хотя каждый MSTI может иметь несколько VLAN, каждая VLAN может быть связана только с одним MSTI..

Регионы MSTP

MSTI в разных регионах.

Набор взаимосвязанных коммутаторов, на которых должны быть настроены одни и те же сети VLAN и MSTI, также имеют одинаковые следующие параметры:

  • Имя конфигурации MST
  • Уровень редакции
  • Дайджест конфигурации: Отображение того, какие VLAN сопоставлены с какими экземплярами MST.

MSTI не может охватывать регионы MST из-за присущей ему локальности в одном регионе MST. Это делается с помощью идентификационного номера для каждого MSTI. Для решения задачи назначения каждого моста региону каждый коммутатор / мост должен сравнить свои Идентификаторы конфигурации MST (переключатель формата, название региона, уровень версии и дайджест конфигурации), любой из них представляет сопоставление VLAN с MSTI для каждого моста.

Общее и внутреннее связующее дерево (CST / CIST)

CIST управляет связями между регионами и устройствами SST.

Мы можем выделить два типа согласованных связующих деревьев в разные сети, созданные MSTP, а именно:

  • Общее связующее дерево (CST): Управляет связью между регионами MST, STP ЛВС и RSTP ЛВС в мостовой сети.
  • Общее внутреннее связующее дерево (CIST): Определяет регионы в сети и управляет корневым мостом CIST для сети, для каждого региона и для каждого экземпляра связующего дерева в каждом регионе. Это также экземпляр связующего дерева по умолчанию для MSTP, так что любая VLAN, не являющаяся членом определенного MSTI, будет членом CIST. Кроме того, работает так же, как связующее дерево, которое работает между регионами и между регионами MST и объектами Single Spanning Tree (SST).

Роль общего связующего дерева (CST) в сети, а также общего и внутреннего связующего дерева (CIST), настроенного на каждом устройстве, заключается в предотвращении петель в более широкой сети, которая может охватывать более одного МСТП Регион и части сети, работающие в устаревшем режиме STP или RSTP.

Блоки данных протокола моста MSTP (BPDU)

Основная статья: Блок данных протокола моста

Его основная функция - позволить MSTP выбирать свои корневые мосты для правильного CIST и каждого MSTI. MSTP включает в себя всю информацию о связующем дереве в едином формате BPDU. Мало того, что сокращается количество BPDU, необходимых в LAN для передачи информации связующего дерева для каждой VLAN, но также обеспечивается обратная совместимость с RSTP (и, по сути, с классическим STP).

Общий формат BPDU состоит из общей общей части -октеты с 1 по 36- основанные на стандартах IEEE Standard 802.1D,2004,[2] за которыми следуют компоненты, относящиеся к CIST -octets с 37 по 102. Компоненты, специфичные для каждого MSTI, добавляются в этот блок данных BPDU.

Информация о таблице BPDU и STP BPDU показать более подробное резюме формата MSTP BPDU и, кроме того, некоторая дополнительная информация о том, как этот объект был структурирован в более старых или различных версиях этого протокола, таких как STP и RSTP, с сохранением его совместимости.

Идентификация конфигурации MSTP

В случае выделения VID (идентификаторы VLAN) в область MST, которая отличается в пределах различных мостов, которые ее составляют, кадры для некоторых VID могут дублироваться или даже не доставляться в некоторые LAN. Чтобы избежать этого, мосты MST проверяют, выделяют ли они идентификаторы VID тем же связующим деревьям, что и их соседние мосты MST в том же регионе, путем передачи и приема идентификаторов конфигурации MST вместе с информацией связующего дерева. Эти идентификаторы конфигурации MST, хотя и компактны, спроектированы так, что два совпадающих идентификатора имеют очень высокую вероятность обозначения одной и той же конфигурации даже при отсутствии какой-либо вспомогательной практики управления для распределения идентификаторов. Любой из этих «объектов» содержит следующее:

  • Селектор формата идентификатора конфигурации: Указывает на использование, которое предполагается использовать для следующих компонентов.
  • Имя конфигурации[3][4][5]
  • Уровень редакции и дайджест конфигурации:[6][7] Подпись 16B HMAC -Алгоритмы MD5 создается из таблицы конфигурации MST.

Этот объект специфичен и уникален для MSTP, ни STP, ни RSTP его не используют.

Протокол работы

MSTP настраивает для каждой VLAN активную топологию с одним связующим деревом таким образом, чтобы между любыми двумя конечными станциями существовал хотя бы один маршрут данных, что исключает зацикливание данных. Он определяет различные «объекты», позволяющие алгоритму работать надлежащим образом. Различные мосты в различных VLAN начинают объявлять свою собственную конфигурацию другим мостам, используя идентификатор конфигурации MST, чтобы выделить кадры с заданными VID (VLAN ID) для любого из различных MSTI. Вектор приоритета используется для создания CIST, он соединяет все мосты и LAN в Bridged LAN и гарантирует, что пути в каждом регионе всегда предпочтительнее, чем пути за пределами региона. Кроме того, существует вектор приоритета MSTI, который компрометирует необходимую информацию для создания детерминированной и независимо управляемой активной топологии для любого заданного MSTI в каждом регионе.

Кроме того, сравнения и вычисления, выполняемые каждым мостом, выбирают вектор приоритета CIST для каждого Порт (на основе векторов приоритета, идентификаторов конфигурации MST и дополнительных затрат пути, связанных с каждым принимающим портом). Это приводит к тому, что один мост был выбран в качестве корня CIST мостовой LAN; затем путь к корню с минимальной стоимостью перемещается для каждого моста и локальных сетей (таким образом предотвращаются петли и обеспечивается полное соединение между виртуальными локальными сетями). Впоследствии в каждом регионе мост, путь к корню которого с минимальной стоимостью не проходит через другой мост с тем же MST Conf.ID, будет идентифицирован как региональный корень CIST его региона. И наоборот, каждый мост, путь минимальной стоимости которого к корню проходит через мост с использованием того же идентификатора конфигурации MST, идентифицируется как находящийся в той же области MST, что и этот мост.

Таким образом, MSTP кодирует некоторую дополнительную информацию в своем BPDU, касающуюся информации о регионе и конфигурации, каждое из этих сообщений передает информацию связующего дерева для каждого экземпляра. Каждому экземпляру может быть назначено несколько настроенных VLAN, кадры (пакеты), назначенные этим VLAN, работают в этом экземпляре связующего дерева всякий раз, когда они находятся внутри области MST. Чтобы избежать передачи всей своей VLAN в сопоставление связующего дерева в каждом BPDU, мосты кодируют MD5-дайджест своей VLAN для таблицы экземпляров в MSTP BPDU. Этот дайджест затем используется другими мостами MSTP вместе с другими административно настроенными значениями, чтобы определить, находится ли соседний мост в той же области MST, что и он сам.

Портовые роли

Общие порты внутреннего связующего дерева

  • Корень: Обеспечивает минимальную стоимость пути от Моста до CIST Выполните рут через региональный рут.
  • Назначен: Обеспечивает наименее затратный путь от подключенной локальной сети через мост к CIST Корень.
  • Альтернативный или резервный: Обеспечивает подключение, если другие мосты, мосты Порты или ЛВС выходят из строя или стираются.

Несколько портов экземпляра связующего дерева

  • Корень: Обеспечивает путь с минимальной стоимостью от моста до регионального корня MSTI.
  • Назначен: Обеспечивает наименее затратный путь от подключенных локальных сетей через мост к региональному корню.
  • Мастер: Обеспечивает связь из региона с корнем CIST, который находится за пределами региона. Мост Порт то есть корневой порт CIST для регионального корня CIST является главным портом для всех MSTI.
  • Альтернативный или резервный: Обеспечивает подключение, если другие мосты, порты мостов или локальные сети выходят из строя или стираются.

Совместимость с RSTP

MSTP спроектирован так, чтобы быть совместимым с STP и RSTP и взаимодействовать без дополнительной практики оперативного управления, это связано с набором измерений на основе RSTP (пункт 17 IEEE Std 802.1D, издание 2004 г.), предназначенных для обеспечения возможности для кадров, назначенных различным VLAN, которые будут передаваться по разным путям в регионах MST.

У обоих протоколов есть общие различные проблемы, такие как: выбор корневого моста CIST (он использует тот же фундаментальный алгоритм, 17.3.1 IEEE Std 802.1D, 2004 Edition, но с расширенными компонентами вектора приоритета в регионах MST), выбор Корневого моста MSTI и вычисления ролей портов для каждого MSTI, роли портов, используемые CIST, такие же, как у STP и RSTP (за исключением главного порта), а также переменные состояния, связанные с каждым портом.

Кроме того, у них также есть некоторые проблемы, например: MSTP не может защитить от временных петель, вызванных соединением двух сегментов локальной сети устройствами, отличными от мостов, которые работают незаметно в отношении поддержки мостов. MAC Служба внутреннего подуровня.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что MSTP полностью совместим с мостами RSTP, MSTP BPDU может интерпретироваться мостом RSTP как RSTP BPDU. Это не только обеспечивает совместимость с мостами RSTP без изменения конфигурации, но также заставляет любые мосты RSTP за пределами региона MSTP видеть регион как один мост RSTP, независимо от количества мостов MSTP внутри самого региона.

Конфигурация протокола

Этот раздел в основном ориентирован на предоставление любому пользователю правильного способа настройки сети MSTP через устройства Cisco.

Перед настройкой MSTP

Убедитесь, что настроили VLAN и связали их с портами коммутатора, после чего определите: регионы MSTP, уровень версии и экземпляры; какие VLAN и порты коммутатора будут принадлежать каким MSTI и, наконец, какие устройства должны быть корневыми мостами для каждого MSTI.

Рекомендации по настройке для MSTP

Простая сетевая топология для испытаний MSTP.
  1. Коммутаторы должны иметь одинаковые элементы идентификации конфигурации MST (имя региона, уровень версии и сопоставление VLAN с MSTI), чтобы находиться в одной области MST. При настройке нескольких регионов MST для MSTP, MSTI являются локально значимыми в регионе MST. MSTI не будет распространяться от одного региона к другому.
  2. Общее и внутреннее связующее дерево (CIST) - это экземпляр связующего дерева по умолчанию для MSTP. Это означает, что все VLAN, которые явно не настроены для другого MSTI, являются членами CIST.
  3. Программное обеспечение поддерживает один экземпляр алгоритма MSTP, состоящий из CIST и до 15 MSTI.

VLAN может быть сопоставлена ​​только одному MSTI или CIST. Одна VLAN, сопоставленная с несколькими связующими деревьями, не допускается. По умолчанию все VLAN отображаются в CIST. Как только VLAN сопоставлена ​​с указанным MSTI, она удаляется из CIST. Чтобы избежать ненужной обработки STP, порт, который подключен к локальной сети без других подключенных мостов / коммутаторов, можно настроить как граничный порт.

Пример того, как настроить простую топологию MSTP с тремя коммутаторами, в которой коммутатор доступа второго уровня поддерживает четыре сети VLAN и имеет два восходящих канала к двум коммутаторам распределения, можно найти здесь: Руководство по настройке MSTP
Хорошее представление конфигурации из вышеупомянутого примера должно быть:

S3 # показать остовное дерево mst
##### MST0 сопоставленные vlan: 1-19,21-39,41-4094 Адрес моста 000e.8316.f500 priority 32768 (32768 sysid 0) Корневой адрес 0013.c412.0f00 приоритет 0 (0 sysid 0) порт Fa0 / 13 стоимость пути 0 Региональный корневой адрес 0013.c412.0f00 приоритет 0 (0 sysid 0) внутренняя стоимость 200000 REM-хопов 19 Оперативное время приветствия 2, задержка пересылки 15, максимальный возраст 20, txholdcount 6 Настроенное время приветствия 2, задержка пересылки 15, максимальный возраст 20 , макс. переходов 20 Интерфейс Роль Sts Стоимость Приоритетный номер Тип ---------------- ---- --- --------- ------- - -------------------------------- Fa0 / 13 Корневой FWD 200000 128,13 P2p Fa0 / 16 Altn BLK 200000 128,16 P2p # #### MST1 сопоставленные vlans: 20,40 Адрес моста 000e.8316.f500 приоритет 32769 (32768 sysid 1) Корневой адрес 000f.345f.1680 приоритет 1 (0 sysid 1) порт Fa0 / 16 стоимость 200000 rem hops 19I Интерфейс Роль Sts Стоимость Приоритетный номер Тип ---------------- ---- --- --------- -------- - ------------------------------ Fa0 / 13 Altn BLK 200000 128,13 P2p Fa0 / 16 Корневой FWD 200000 128,16 P2p

Расширения

Альтернативный протокол множественного связующего дерева (AMSTP)

Первая версия этого протокола была предложена в.[8] AMSTP - это упрощенный экземпляр одного дерева с корнем на каждом граничном мосту в ядре для пересылки кадров.

Работа протокола

Чтобы настроить эти деревья, AMSTP полагается на одно базовое дерево, которое будет использоваться для получения экземпляров (называемых альтернативными множественными экземплярами связующего дерева - AMSTI), пока один из них не будет построен для каждого коммутатора сети. Процесс построения основного / базового дерева такой же, как и в RSTP. Таким образом, сначала мост должен быть выбран в качестве корневого моста (это делается путем периодической передачи пакетов BPDU от каждого коммутатора в сети, каждое «время приветствия» и выбора наименьшего идентификатора моста). Затем каждый коммутатор будет вычислять и рассчитывать свою стоимость для корневого моста, после чего необходимо выбрать корневые порты, выбрав тот, который получает лучший BPDU, то есть тот, который объявляет минимальную стоимость пути к корневому мосту.

BPDU

Основная статья: Блок данных протокола моста

Блоки BPDU AMSTP используют те же адреса локального протокола многоадресной передачи, что и STP, и имеют структуру, напоминающую блоки BPDU MSTP, поскольку оба состоят по существу из базового BPDU и нескольких AM-записей, что обеспечивает полную обратную совместимость со стандартными протоколами RSTP и STP. Каждая из AM-записей содержит данные, используемые для согласования конкретного экземпляра дерева (AMSTI). Каждый ABridge, за исключением выбранного корневого моста, создает AM-запись для своих экземпляров связующего дерева. Они используются подключенными портами соседних коммутаторов для согласования переходов каждого экземпляра дерева с помощью механизма предложения / соглашения.

ABRIDGES

Этот протокол, разработанный в[9] подчеркивает эффективность использования сети и длину пути. Это основная причина, по которой он использует AMSTP, упрощенную и самонастраиваемую версию протокола MSTP.
Сокращения можно описать как двухуровневую иерархию коммутаторов второго уровня, в которой сетевые острова, на которых работают независимые протоколы быстрого связующего дерева, обмениваются данными через ядро, образованное мостами корневых островов (ABridges). Как уже упоминалось, он ориентирован на эффективность, это связано со способностью AMSTP обеспечивать оптимальные пути в базовой сети и использованием RSTP для эффективной агрегации трафика в островных сетях. Скорость его конвергенции такая же, как у RSTP и MSTP.

Архитектура

Предложение двухуровневой сети для ABridges.

С целью улучшения свойств протокола Abridges, двухуровневый иерархический уровень связи предлагается инфраструктура, в которой сегментация выполняется на канальном уровне. Ядро будет состоять, в основном, из Abridges (мосты, использующие реализацию AMSTP) и контролировать подключение конечных сетей доступа, которые называются «уровнем доступа». Кроме того, каждая из этих сетей доступа, также называемых островками, будет подсетью второго уровня, использующей протокол STP, подключенной к одному или нескольким мостам.

Работа протокола

Внутри каждого острова или сети доступа мост автоматически выбирается для работы в качестве корневого моста, этот мост будет вести себя как шлюз, позволяя пересылать кадры от ядра к острову и наоборот. Только один Abridge будет выполнять эти функции шлюза, хотя многие могут быть подключены. Связь между мостами 802.1D и между стандартными мостами 802.1D и ABridges не требует соединений точка-точка.

ABridge получает ARP фрейм от хоста острова получает остров, на котором расположен пункт назначения, запрашивая сервер ARP, где хост был ранее зарегистрирован его островом ABridge. Этот сервер хранит сопоставление IP-адреса с MAC и идентификатор острова ABridge. Серверы ARP распределяют свою нагрузку на основе равного результата короткого хеширования обслуживаемых IP-адресов. Ядро самонастраивается, и операция прозрачна для всех хостов и стандартных коммутаторов на островах.

Функциональность ABridges

ABridges состоит из трех основных функциональных модулей, которые могут быть возобновлены в:

  • Мост STD: Выполняет стандартные функции соединения с узлами своего острова. Функциональные возможности доступа находятся на портах доступа этого модуля, которые имеют поведение, эквивалентное стандартному мосту, действующему как корневой мост.
  • Маршрутизация AMSTP: Маршрутизирует кадры между Abridges и шлюзом. Он имеет основные порты, каждый из которых соединяет ABridges, которые изучают идентификаторы корневого моста из полученных AMSTP BPDU и сохраняют эту информацию в базе данных, известной как «База данных пересылки».
  • GateWay: Соединяет вышеупомянутые модули.

Abridges настроит каждый из своих портов как часть ядра или острова. Самоконфигурация этого порта выполняется с очень простыми условиями: если порт не подключен к другому Abridge с помощью двухточечного канала, он превратится в порт доступа; с другой стороны, порты, напрямую подключенные к другому Abridge, настроены как основные порты. Этот механизм автоконфигурации очень похож на тот, который используется в RSTP.

Разрешение ARP и ABridge

Как и любой протокол на основе второго уровня, ABridges использует широковещательную рассылку ARP для получения адреса канального уровня, связанного с IP-адресом в той же LAN или VLAN. Это основная причина, по которой предотвращение переполнения является вопросом первостепенной важности; Чтобы ограничить этот широковещательный трафик, рекомендуется использовать серверы ARP с распределенной нагрузкой, хотя его использование не является обязательным.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Паккард, Хьюлетт (2006). Работа с несколькими экземплярами связующего дерева (PDF).
  2. ^ IEEE, Стандарт (2004). Стандарт IEEE для локальных и городских сетей, мосты управления доступом к среде (MAC) (PDF). Компьютерное общество IEEE.
  3. ^ IETF, RFC (1998). RFC 2271 объект SnmpAdminString. IETF, Д. Харрингтон.
  4. ^ IETF, RFC (1999). RFC 2571 объект SnmpAdminString. IETF, Д. Харрингтон.
  5. ^ IETF, RFC (2002). RFC 3411 объект SnmpAdminString. IETF, Д. Харрингтон.
  6. ^ IETF, RFC (1997). HMAC: хеширование с ключом для аутентификации сообщений. IETF, Х. Кравчик.
  7. ^ IETF, RFC (2011). Обновленные соображения безопасности для алгоритмов MD5 Message-Digest и HMAC-MD5. IETF, С. Тернер.
  8. ^ Ибаньес, Гарсия, Аскорра, Гильермо, Альберто, Артуро (2002). Альтернативный протокол множественного связующего дерева (AMSTP) для оптических магистралей Ethernet (PDF). Компьютерное общество IEEE.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  9. ^ Ибаньес, Гарсиа, Аскорра, Сото, Гильермо, Альберто, Артуро, Игнасио (2007). Альтернативный протокол множественного связующего дерева (AMSTP) для оптических магистралей Ethernet (PDF). Departamento de Ingeniería Telemática, Universidad Carlos III, Мадрид, Испания, CAPITAL MEC Project.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)

внешняя ссылка