Множественный протокол связующего дерева

Протокол множественного связующего дерева ( MSTP и алгоритм ) обеспечивают как простое, так и полное подключение, назначенное любой виртуальной локальной сети (VLAN) в локальной сети с мостовым соединением . MSTP использует блок данных протокола моста (BPDU) для обмена информацией между устройствами, совместимыми с связующим деревом, для предотвращения петель в каждом экземпляре множественного связующего дерева (MSTI), а также в общем и внутреннем связующем дереве (CIST), путем выбора активных и заблокированных путей. Это делается так же, как и в протоколе связующего дерева (STP), без необходимости вручную включать резервные каналы и избавляться от опасности коммутационной петли .

Более того, MSTP позволяет кадрам/пакетам, назначенным разным сетям VLAN, следовать по отдельным путям, каждый из которых основан на независимом MSTI, в регионах MST, состоящих из локальных сетей (LAN) и мостов MST. Эти регионы, а также другие мосты и локальные сети соединены в одно общее связующее дерево (CST).

История и мотивация

Первоначально он был определен в IEEE 802.1s как поправка к 802.1Q , издание 1998 года, а затем объединен со стандартом IEEE 802.1Q-2005, четко определяющим расширение или эволюцию Радии Перлмана протокола связующего дерева (STP) и Rapid Spanning. Протокол дерева (RSTP). Он имеет некоторое сходство с протоколом множественных экземпляров связующего дерева (MISTP) Cisco Systems , но есть и некоторые различия.

Исходные STP и RSTP работают на уровне физического канала, предотвращая образование петель моста при наличии резервных путей. Однако когда локальная сеть виртуализируется с использованием транкинга VLAN, каждый физический канал представляет собой несколько логических соединений. Блокировка физического канала блокирует все его логические каналы и направляет весь трафик через оставшиеся физические каналы в связующем дереве . Избыточные ссылки вообще не могут быть использованы. Более того, без тщательного проектирования сети кажущиеся избыточными каналы на физическом уровне могут использоваться для соединения различных VLAN, а блокировка любой из них может привести к отключению одной или нескольких VLAN, что приведет к появлению неправильных путей .

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

Основные организации

Несколько экземпляров связующего дерева (MSTI)

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

Поскольку MSTP позволяет группировать и сопоставлять VLAN с различными экземплярами связующего дерева, возникает необходимость определить группу или набор VLAN, которые используют одно и то же связующее дерево, это то, что мы называем MSTI.
Каждый экземпляр определяет одну топологию пересылки для эксклюзивного набора VLAN, напротив, сети STP или RSTP содержат только один экземпляр связующего дерева для всей сети, который содержит все VLAN. Регион может включать в себя: ^{[ 1 ]}

Внутренний экземпляр связующего дерева (IST) : экземпляр связующего дерева по умолчанию в любом регионе MST. Все сети VLAN в этом экземпляре IST соответствуют единого связующего дерева топологии , что позволяет использовать только один путь пересылки между любыми двумя узлами. Он также предоставляет корневой коммутатор для любых настроенных коммутаторов VLAN, которые не назначены специально для MSTI.
Множественный экземпляр связующего дерева (MSTI) . В отличие от IST, этот тип экземпляра включает в себя 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 .

MSTP-регионы

Набор взаимосвязанных коммутаторов, которые должны иметь одинаковые VLAN и MSTI, также имеют одинаковые следующие параметры:

Имя конфигурации MST
Уровень редакции
Дайджест конфигурации: сопоставление 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 выполнения задачи назначения каждого моста региону каждый коммутатор/мост должен сравнить свои идентификаторы конфигурации MST (селектор формата, имя 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 связью между регионами и устройствами SST.

Мы можем различать два типа согласованных связующих деревьев в разных сетях, созданных MSTP, а именно:

Общее связующее дерево (CST): администрирует соединения между регионами MST, локальными сетями STP и локальными сетями RSTP в мостовой сети.
Общее внутреннее связующее дерево (CIST): определяет регионы в сети и администрирует корневой мост CIST для сети, для каждого региона и для каждого экземпляра связующего дерева в каждом регионе. Это также экземпляр связующего дерева MSTP по умолчанию, поэтому любая VLAN, не являющаяся членом определенного MSTI, будет членом CIST. Кроме того, оно работает так же, как связующее дерево, которое работает между регионами, а также между регионами MST и объектами единого связующего дерева (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 региона MSTP и частей сети. работает в устаревшем режиме STP или RSTP.

Единицы данных протокола моста MSTP (BPDU)

Его основная функция — позволить MSTP выбирать корневые мосты для соответствующего CIST и каждого MSTI. MSTP включает всю информацию связующего дерева в один формат BPDU. Это не только уменьшает количество BPDU, необходимых в локальных сетях для передачи информации связующего дерева для каждой VLAN, но также обеспечивает обратную совместимость с RSTP (и, по сути, с классическим STP).

Общий формат BPDU включает общую общую часть — октеты с 1 по 36 , которые основаны на тех, которые определены в стандарте IEEE 802.1D , 2004 г. ^{[ 2 ]} за которыми следуют компоненты, специфичные для CIST - октеты с 37 по 102. Компоненты, специфичные для каждого MSTI, добавляются в этот блок данных BPDU.

Информация таблицы BPDU и BPDU STP показывают более глубокое резюме формата MSTP BPDU и, кроме того, некоторую дополнительную информацию о том, как этот объект был структурирован в старых или других версиях этого протокола, таких как STP и RSTP, сохраняя его совместимость.

Идентификация конфигурации MSTP

В случае распределения VID (идентификаторов VLAN) в регионе MST, который различается в пределах разных соединяющих его мостов, кадры для некоторых VID могут дублироваться или даже не доставляться в некоторые локальные сети вообще . Чтобы избежать этого, мосты MST проверяют, что они назначают VID тем же связующим деревьям, что и соседние мосты MST в том же регионе, путем передачи и получения идентификаторов конфигурации MST вместе с информацией связующего дерева. Эти идентификаторы конфигурации MST, хотя и компактны, разработаны таким образом, что два совпадающих идентификатора имеют очень высокую вероятность обозначать одну и ту же конфигурацию даже при отсутствии какой-либо поддерживающей практики управления для распределения идентификаторов. Любой из этих «объектов» содержит следующее:

Селектор формата идентификатора конфигурации: указывает, как будут использоваться следующие компоненты.
Имя конфигурации ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}
Уровень редакции и дайджест конфигурации: ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]} Подпись 16B HMAC — алгоритмы MD5, созданные на основе таблицы конфигурации MST.

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

Протокол операции

MSTP настраивает для каждой VLAN единую активную топологию связующего дерева таким образом, чтобы между любыми двумя конечными станциями существовал хотя бы один маршрут данных, что исключает петли данных. Он определяет различные «объекты», позволяющие алгоритму работать должным образом. Различные мосты в различных VLAN начинают объявлять свою собственную конфигурацию другим мостам, используя идентификатор конфигурации MST, чтобы выделять кадры с заданными VID (идентификаторами VLAN) любому из разных MSTI. Вектор приоритета используется для построения CIST, он соединяет все мосты и локальные сети в мостовой локальной сети и гарантирует, что пути внутри каждого региона всегда предпочтительнее путей за пределами региона. Кроме того, существует вектор приоритета MSTI, который компрометирует необходимую информацию для создания детерминированной и независимо управляемой активной топологии для любого данного MSTI в каждом регионе.

Кроме того, сравнения и расчеты, выполняемые каждым мостом, выбирают вектор приоритета CIST для каждого порта (на основе векторов приоритета, идентификаторов конфигурации MST и дополнительной стоимости пути, связанной с каждым принимающим портом). Это приводит к тому, что один мост будет выбран в качестве корня CIST мостовой локальной сети; затем для каждого моста и локальных сетей смещается путь к корню с минимальной стоимостью (таким образом предотвращается образование петель и обеспечивается полная связь между виртуальными локальными сетями). Впоследствии в каждом регионе мост, путь к корню которого с минимальной стоимостью не проходит через другой мост с тем же идентификатором MST Conf.ID, будет идентифицирован как региональный корень CIST этого региона. И наоборот, каждый мост, путь к корню которого с минимальной стоимостью проходит через мост, использующий тот же идентификатор конфигурации MST, идентифицируется как находящийся в том же регионе 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 региона MST. Чтобы избежать передачи всей своей VLAN для сопоставления связующего дерева в каждом BPDU, мосты кодируют дайджест MD5 своей VLAN в таблицу экземпляров в MSTP BPDU. Этот дайджест затем используется другими мостами MSTP вместе с другими административно настроенными значениями, чтобы определить, находится ли соседний мост в том же регионе MST, что и он сам.

Роли порта

Общие внутренние порты связующего дерева

Корень: обеспечивает путь с минимальной стоимостью от моста до корня CIST через региональный корень.
Назначено: обеспечивает наименее затратный путь от подключенной локальной сети через мост к корневому серверу CIST .
Альтернативный или резервный: обеспечивает подключение в случае других мостов, портов мостов или локальных сетей. сбоя или стирания

Несколько портов экземпляра связующего дерева

Корень: обеспечивает путь с минимальной стоимостью от моста до регионального корня MSTI.
Назначено: обеспечивает наименее затратный путь от подключенных локальных сетей через мост к региональному корню.
Мастер: обеспечивает соединение региона с корнем CIST, находящимся за пределами региона. моста Порт , который является корневым портом CIST для регионального корня CIST, является главным портом для всех MSTI.
Альтернативный или резервный: обеспечивает подключение в случае сбоя или стирания других мостов, портов мостов или локальных сетей.

Совместимость с RSTP

MSTP спроектирован так, чтобы быть совместимым и совместимым с STP и RSTP без дополнительной практики оперативного управления. Это связано с набором измерений, основанных на RSTP (пункт 17 стандарта IEEE Std 802.1D, издание 2004 г.), предназначенных для обеспечения возможности обработки кадров, назначенных различным VLAN для передачи по разным путям в пределах регионов MST.

Оба протокола имеют общие проблемы, такие как: выбор корневого моста CIST (он использует тот же фундаментальный алгоритм, 17.3.1 стандарта IEEE 802.1D, издание 2004 г., но с расширенными компонентами вектора приоритета в пределах регионов MST), выбор корневого моста MSTI и вычисление ролей портов для каждого MSTI, роли портов, используемые CIST, такие же, как роли STP и RSTP (за исключением главного порта), а также переменные состояния, связанные с каждым портом.

Кроме того, у них также есть некоторые общие проблемы, например: MSTP не может защитить от временных петель, вызванных соединением двух сегментов локальной сети с помощью устройств, отличных от мостов, которые работают невидимо по отношению к поддержке MAC мостов. Внутренняя служба подслоя.

Учитывая все вышесказанное, 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 приводит к тому, что любые мосты RSTP за пределами региона MSTP видят регион как один мост RSTP, независимо от количества мостов MSTP внутри самого региона.

Конфигурация протокола

Этот раздел в основном предназначен для предоставления любому пользователю правильного способа настройки сети MSTP на устройствах Cisco.

Перед настройкой MSTP

Убедитесь, что вы 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 вы хотите сделать корневыми мостами для каждого MSTI.

Расширения

Альтернативный протокол множественного связующего дерева (AMSTP)

Первый вариант этого протокола был предложен в. ^{[ 8 ]} AMSTP — это упрощенный экземпляр одного дерева, укорененный на каждом граничном мосту в ядре для пересылки кадров.

Протокол работы

Для настройки этих деревьев AMSTP использует 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 главного/базового дерева такой же, как и в RSTP. Таким образом, во-первых, мост должен быть выбран в качестве корневого моста (это делается путем периодической отправки BPDU от каждого коммутатора в сети, каждый раз «Hello Time», и выбора наименьшего идентификатора моста). Затем каждый коммутатор вычисляет и рассчитывает свою стоимость для корневого моста, а затем необходимо выбрать корневые порты, выбрав тот, который получает лучший BPDU, то есть тот, который объявляет минимальную стоимость пути до корневого моста.

BPDU

BPDU AMSTP используют те же адреса локального протокола многоадресной рассылки, что и STP, и имеют структуру, напоминающую BPDU MSTP, поскольку оба состоят по существу из базового BPDU и нескольких записей AM, 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 собственных экземпляров связующего дерева. Они используются подключенными портами соседних коммутаторов для согласования переходов каждого экземпляра дерева с помощью механизма предложения/согласия.

СОКРАЩЕНИЯ

Этот протокол, разработанный в ^{[ 9 ]} подчеркивается с точки зрения эффективности использования сети и длины пути. Это основная причина, по которой он использует AMSTP, упрощенную и самонастраивающуюся версию протокола MSTP.
Абриджи можно описать как двухуровневую иерархию коммутаторов второго уровня, в которой сетевые острова, использующие независимые протоколы быстрого связующего дерева, обмениваются данными через ядро, образованное корневыми мостами островов (ABridges). Как уже упоминалось, он ориентирован на эффективность, это связано со способностью AMSTP обеспечивать оптимальные пути в базовой сети и использованием RSTP для эффективного агрегирования трафика в островных сетях. Его скорость конвергенции такая же быстрая, как у RSTP и MSTP.

Архитектура

С целью улучшения свойств протокола Abridges предлагается двухуровневая иерархическая инфраструктура канального уровня , в которой сегментация выполняется на канальном уровне. Ядро будет состоять, в первую очередь, из Abridges (мосты, использующие реализацию AMSTP) и будет контролировать подключение конечных сетей доступа, которые называются «уровнем доступа». Кроме того, каждая из этих сетей доступа, также называемых островами, будет представлять собой подсеть второго уровня, использующую STP, подключенную к одному или нескольким устройствам Abridges.

Протокол работы

Внутри каждого острова или сети доступа мост автоматически выбирается 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 можно подключить множество. Связь между мостами 802.1D, а также между стандартными мостами 802.1D и ABridges не требует соединений «точка-точка».

ABridge, получающий кадр ARP от островного хоста, получает остров, на котором находится пункт назначения, запрашивая сервер ARP, где хост был ранее зарегистрирован его островным ABridge. Этот сервер хранит сопоставление IP-адресов и MAC-адресов и идентификатор ABridge острова. Серверы ARP распределяют свою нагрузку на основе одинакового результата короткого хеширования обслуживаемых IP-адресов. Ядро самонастраивается, и его работа прозрачна для всех хостов и стандартных коммутаторов на островах.

Функциональность ABridges

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

STD Bridge: выполняет стандартные функции моста с узлами своего острова. Функциональность доступа находится на портах доступа этого модуля, который имеет эквивалентное поведение стандартному мосту, действующему как корневой мост.
Маршрутизация AMSTP: маршрутизирует кадры между устройствами Abridges и шлюзом. Он имеет основные порты, каждый из которых соединяет ABridges, которые изучают идентификаторы корневого моста из полученных BPDU AMSTP и сохраняют эту информацию в базе данных, известной как «База данных пересылки».
GateWay: соединяет вышеупомянутые модули.

Абриджи настраивают каждый из своих портов как часть ядра или острова. Эта самоконфигурация порта выполняется с очень простыми условиями: если порт не подключен к другому Абриджу с помощью канала «точка-точка», он превратит себя в порт доступа; с другой стороны, порты, напрямую подключенные к другому Abridge, настраиваются как основные порты. Этот механизм автоконфигурации очень похож на тот, который используется в RSTP.

Разрешение ARP и ABridge

Как и любой протокол второго уровня, ABridges использует широковещательные рассылки ARP для получения адреса канального уровня, связанного с IP-адресом в той же локальной или виртуальной локальной сети. Это основная причина, по которой предотвращение наводнений является вопросом первостепенной важности; Чтобы ограничить этот широковещательный трафик, рекомендуется использовать ARP-серверы с распределенной нагрузкой, хотя его использование не является обязательным.

См. также

Ссылки

^ Паккард, Хьюлетт (2006). Операция связующего дерева с несколькими экземплярами (PDF) .
^ IEEE, Стандарт (2004 г.). Стандарт IEEE для локальных и городских сетей, мосты управления доступом к среде передачи (MAC) (PDF) . Компьютерное общество IEEE.
^ IETF, RFC (1998). Объект SnmpAdminString RFC 2271 . IETF, Д. Харрингтон. дои : 10.17487/RFC2271 .
^ IETF, RFC (1999). Объект SnmpAdminString RFC 2571 . IETF, Д. Харрингтон. дои : 10.17487/RFC2571 .
^ IETF, RFC (2002). Объект SnmpAdminString RFC 3411 . IETF, Д. Харрингтон. дои : 10.17487/RFC3411 .
^ IETF, RFC (1997). HMAC: хеширование ключей для аутентификации сообщений . IETF, Х. Кравчик. дои : 10.17487/RFC2104 .
^ IETF, RFC (2011). Обновленные соображения безопасности для дайджеста сообщений MD5 и алгоритмов HMAC-MD5 . IETF, С. Тернер. дои : 10.17487/RFC2104 .
^ Ибаньес, Гарсия, Аскорра, Гильермо, Альберто, Артуро (2002). Альтернативный протокол множественного связующего дерева (AMSTP) для оптических магистральных сетей Ethernet (PDF) . Компьютерное общество IEEE. {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Ибаньес, Гарсиа, Аскорра, Сото, Гильермо, Альберто, Артуро, Игнасио (2007). Альтернативный протокол множественного связующего дерева (AMSTP) для оптических магистральных сетей Ethernet (PDF) . Кафедра инженерной телематики, Университет Карлоса III, Мадрид, Испания, проект CAPITAL MEC. {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

Внешние ссылки

«Домашняя страница» IEEE для 802.1 (связанные стандарты семейства 802.1)
MSTP Tutorial (Краткое руководство по пониманию MSTP)
РБбридж
Реализации Cisco
- [1] (Реализация Cisco и краткое руководство по MSTP)
- Домашняя страница Cisco для семейства протоколов связующего дерева (обсуждает CST, MISTP, PVST, PVST+, RSTP, STP)
- Образовательное объяснение STP www.cisco.com
Перлман, Радия. «Алгорифма» . Калифорнийский университет в Беркли . Архивировано из оригинала 19 июля 2011 г. Проверено 1 сентября 2011 г.
Стандарты IEEE
- Стандарт ANSI/IEEE 802.1D-2004 , раздел 17 обсуждает RSTP (Обычный STP больше не является частью этого стандарта. Это указано в разделе 8.)
- Стандарт ANSI/IEEE 802.1Q-2005 , в разделе 13 обсуждается MSTP.
RFC
- RFC 2271-1998 — Архитектура описания инфраструктур управления SNMP.
- RFC 2571-1999 — Архитектура описания инфраструктур управления SNMP.
- RFC 2674-1999 - Предлагаемый стандарт, Определения управляемых объектов для мостов с классами трафика, многоадресной фильтрации и расширений виртуальных локальных сетей.
- RFC 1525-1993, - SBRIDGEMIB, предлагаемый стандарт, Определения управляемых объектов для мостов маршрутизации источника.
- RFC 1493-1993 - BRIDGEMIB, проект стандарта, Определения управляемых объектов для мостов
- ABbridge Стандартный

[1] Паккард, Хьюлетт (2006). Операция связующего дерева с несколькими экземплярами (PDF) .

[2] IEEE, Стандарт (2004 г.). Стандарт IEEE для локальных и городских сетей, мосты управления доступом к среде передачи (MAC) (PDF) . Компьютерное общество IEEE.

[3] IETF, RFC (1998). Объект SnmpAdminString RFC 2271 . IETF, Д. Харрингтон. дои : 10.17487/RFC2271 .

[4] IETF, RFC (1999). Объект SnmpAdminString RFC 2571 . IETF, Д. Харрингтон. дои : 10.17487/RFC2571 .

[5] IETF, RFC (2002). Объект SnmpAdminString RFC 3411 . IETF, Д. Харрингтон. дои : 10.17487/RFC3411 .

[6] IETF, RFC (1997). HMAC: хеширование ключей для аутентификации сообщений . IETF, Х. Кравчик. дои : 10.17487/RFC2104 .

[7] IETF, RFC (2011). Обновленные соображения безопасности для дайджеста сообщений MD5 и алгоритмов HMAC-MD5 . IETF, С. Тернер. дои : 10.17487/RFC2104 .

[8] Ибаньес, Гарсия, Аскорра, Гильермо, Альберто, Артуро (2002). Альтернативный протокол множественного связующего дерева (AMSTP) для оптических магистральных сетей Ethernet (PDF) . Компьютерное общество IEEE. {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[9] Ибаньес, Гарсиа, Аскорра, Сото, Гильермо, Альберто, Артуро, Игнасио (2007). Альтернативный протокол множественного связующего дерева (AMSTP) для оптических магистральных сетей Ethernet (PDF) . Кафедра инженерной телематики, Университет Карлоса III, Мадрид, Испания, проект CAPITAL MEC. {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

История и мотивация

Основные организации

Несколько экземпляров связующего дерева (MSTI)

MSTP-регионы

Общее и внутреннее связующее дерево (CST/CIST)

Единицы данных протокола моста MSTP (BPDU)

Идентификация конфигурации MSTP

Протокол операции

Роли порта

Общие внутренние порты связующего дерева

Несколько портов экземпляра связующего дерева

Совместимость с RSTP

Конфигурация протокола

Перед настройкой MSTP

Рекомендации по настройке MSTP

Расширения

Альтернативный протокол множественного связующего дерева (AMSTP)

Протокол работы

BPDU

СОКРАЩЕНИЯ

Архитектура

Протокол работы

Функциональность ABridges

Разрешение ARP и ABridge

См. также

Ссылки

Внешние ссылки