SPANNING TREE PROTOCOL

1 UNIÃO EDUCACIONAL MINAS GERAIS S/C LTDA FACULDADE DE CIÊNCIAS APLICADAS DE MINAS Autorizada pela Portaria no 577/2000 MEC, de 03/05/2000 BACHARELADO EM SISTEMAS DE INFORMAÇÃO SPANNING TREE PROTOCOL ALESSANDRO GOULART DE SOUZA Uberlândia 2009

2 ALESSANDRO GOULART DE SOUZA SPANNING TREE PROTOCOL Trabalho de Final de curso submetido à UNIMINAS como parte dos requisitos para a obtenção do grau de Bacharel em Sistemas de Informação.. Orientador: Prof. MSC. Anderson L. A. Vilaça Uberlândia 2009

3 ALESSANDRO GOULART DE SOUZA SPANNING TREE PROTOCOL Trabalho de Final de curso submetido à UNIMINAS como parte dos requisitos para a obtenção do grau de Bacharel em Sistemas de Informação. Orientador: Prof. MSC. Anderson L. A. Vilaça Banca Examinadora: Uberlândia, 26 de março de 2009. Prof. M.Sc. Alexandre Oliveira da Silva Prof. M.Sc. Anderson L. A. Vilaça (Orientador) Prof. M.Sc. Marcos Ferreira da Silva Uberlândia 2009

4 As pessoas responsáveis pela minha formação ética e moral, meus pais, avós e professores.

5 AGRADECIMENTOS Agradeço a meu pai, Olavo, e a minha mãe, Luzia, por serem pessoas simples, humildes que passaram por dificuldades e me concederam o prazer da vida. Suas lições ocultas revelaram-me o valor das atitudes das pessoas e que palavras são como folhas ao vento. Não posso deixar de agradecer aos meus avós, a quem tanto estimo e amo, por terem me ensinado que a vida se torna melhor quando há amor, compaixão, respeito para com o próximo e que é preciso, em primeiro lugar, ser honesto e justo. Lições implícitas e claras. Uma, em especial, do meu avô Sebastião Antônio de Souza, Vô Negro : Não se deve nunca deixar de plantar. Plantar para a próxima geração, sem se preocupar com quem colherá os frutos, mesmo quando a vida apresenta poucas oportunidades. Apesar da idade avançada, 90 anos, meu avô continua com espírito de um garoto apaixonado pela vida. A todos meus professores, desde o primário até a faculdade, em especial ao meu orientador Anderson Vilaça, e aos que ainda virão. Aos gênios da história, que em seus livros e bibliografias deixam claros o amor e a meticulosa dedicação aos estudos. Em palavras de Paulo Freire: Estudar é adquirir atitude crítica, assumir atitude de curiosidade, sentir-se desafiado, indagar-se. Estudar é, sobretudo, pensar a prática; e essa é a melhor maneira de pensar certo. A minha pequenina amiga Nathalia e a minha grande companheira e cúmplice Nathaly. Aos meus irmãos e amigos.

6 EPÍGRAFE A mente que se abre a uma nova idéia nunca voltará ao seu tamanho original. A vida é como andar de bicicleta. Para se manter em equilíbrio, é preciso se manter em movimento. A. Einstein.

7 RESUMO A disponibilidade é uma das características essenciais nos sistemas computacionais e principalmente em redes de computadores, já que busca criar um sistema tolerante a qualquer tipo de falha. Manter-se tolerável a falhas requer recursos redundantes, ou seja, há um segundo dispositivo que pode ser imediatamente acionado na ocorrência de incidente. A maioria das LANs possui múltiplos switches interconectados e Ethernets redundantes, no entanto isso pode ocasionar problemas como Broadcast Storms e corrupção da tabela MAC. Desse modo, este trabalho fundamentou-se no fato de não existir um estudo direcionado sobre o protocolo STP que evita a ocorrência de Loops em redes redundantes. Decorrência de uma pesquisa bibliográfica e de buscas por documentos na Internet, esta monografia especifica as características do STP e termos associados a ele, a fim de, no final, apresentar um cenário virtual de topologia implementado com e sem o STP, o qual exemplifica os vários Loops formados na rede. Em virtude disso, pretende-se que o resultado final seja uma fonte de consulta para profissionais desta e ou de outras áreas. Palavras Chave: Disponibilidade, Ethernets Redundantes, Broadcast Storms, Tabela MAC, STP.

8 ABSTRACT The availability is one of the essential characteristics in the computational systems and mainly in computer networks since it searchs to create a tolerant system to any type of imperfection. To remain tolerable the imperfections requires redundant resources, that is, it has as a device that can immediately be set in motion in the incident occurrence. Most LANs have multiple interconnected switches and Ethernets, however this can cause problems as Broadcast Storms and corruption of the table MAC. In this manner, this work was based on the fact not to exist a study directed on protocol STP that prevents that they occur Loops in redundant nets. Result of one searches bibliographical and of searches for documents in the Internet, this monograph specifies the characteristics of the STP and terms associates to this, so that, in the end to present a virtual scene of a topology implemented with and without the STP, which exemplifies Loops formed in the different network. In virtue of this, the final result intends to be a source of consultation for professionals of the area or not. Key Words: Availability, Ethernets Redundant, Broadcast Storms, MAC Table, STP.

9 LISTA DE FIGURAS FIGURA 1: Formato do quadro Ethernet 802.3... 17 FIGURA 2: Formato do BPDU de Configuração... 19 FIGURA 3: Rede com três domínios de broadcast sem nenhuma VLAN... 22 FIGURA 4: Rede com três domínios de broadcast e três VLANs... 23 FIGURA 5: Cabeçalho ISL... 24 FIGURA 6: Cabeçalho 802.1Q... 24 FIGURA 7: PVST com ISL... 25 FIGURA 8. Rede com duas topologias... 26 FIGURA 9: Broadcast storms... 28 FIGURA 10: Corrupção da tabela Mac... 29 FIGURA 11: Estrutura de uma árvore binária... 31 FIGURA 12: Cenário fictício de uma LAN com STP... 31 FIGURA 13: Formato do Bridge ID IEEE... 32 FIGURA14: Operação do STP... 35 FIGURA 15: Cabeçalho do BPDU... 36 FIGURA 16: Valor de links... 37 FIGURA 17: Custo de links... 39 FIGURA 18: Notificação de Alteração da Topologia... 42 FIGURA 19: Seqüência dos fluxos do processo de mudança da topologia... 44 FIGURA 20: Visão da topologia apresentada... 47 FIGURA 21: Loops formados... 48 FIGURA 22: Comando para habilitar o STP... 49 FIGURA 23: Topologia com STP habilitado... 50 FIGURA 24: Primeiro envio de quadros... 51 FIGURA 25: Segundo envio de quadros.... 52 FIGURA 26: Quadro descartado... 52

10 LISTA DE TABELAS TABELA 1 Tipos de Spanning Tree... 27 TABELA 2 Custo dos diferentes tipos de Ethernet... 33 TABELA 3 Tabela de cada switch depois da alteração da topologia... 45

11 LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS ARP Address Resolution Protocol BID Bridge ID BPDU - Bridge Protocol Data Unit CRC Cyclic Redundancy Check CST Common Spanning Tree DA Destination Address DEC Digital Equipment Corporation FCS Frame Check Sequence IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers ISL Inter-Switch Link LAN Local Area Network MAC Media Access Control MST Mono Spanning Tree OSI - International Standardization Organization PVST Per-VLAN Spanning Tree PVST+ Per-VLAN Spanning Tree SA Source Address STP Spanning Tree Protocol TC - Topology Change Notification TCA - Topology Change Notification Acknowledgment TCN Topology Change Notification TI Tecnologia da Informação VLAN Virtual Local Area Network

12 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 13 1.1 Delimitação e Cenário atual... 13 1.2 Identificação do problema... 15 1.3 Objetivos... 15 1.3.1 Objetivos Gerais... 15 1.3.2 Objetivos Específicos... 16 1.4 Organização do trabalho... 16 2 CONCEITOS DA CAMADA DE ENLACE... 17 2.1 Explicação básica... 17 2.2 Frame Ethernet 802.3... 17 2.3 Tipos de BPDUs... 18 2.3.1 BPDUs de Configuração... 18 2.3.2 BPDU (TCN) Notificação de Alteração da Topologia... 21 2.4 VLAN... 21 3 SPANNING TREE... 27 3.1 Problemas com Links Redundantes... 27 3.2 Evitando Loops... 29 3.3 Parâmetros do STP... 32 3.3.1 Bridge IDs... 32 3.3.2 Path Cost... 33 3.4 Quatro passos da seqüência de decisão do STP... 33 3.5 Etapas de convergência do Spanning Tree... 34 3.5.1 Eleição do Switch Principal... 34 3.5.2 Eleição da porta raiz... 36 3.5.3 Eleição da Designated Port... 38 3.6 Estados das portas... 40 3.7 Tempos do STP... 41 3.8 Notificação da alteração da topologia... 42 4 IMPLEMENTAÇÃO DO STP NO SIMULADOR... 46 4.1 Introdução prévia... 46 4.2 Topologia Proposta... 46 4.3 Topologia sem STP... 47 4.4 Topologia com STP... 49 5 CONCLUSÃO... 54 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 56

13 1 INTRODUÇÃO 1.1 Delimitação e Cenário atual. A princípio, havia muitas redes de computadores isoladas, inicialmente, pelo fato de possuírem tecnologia inerente ao proprietário. Hoje, a acessibilidade aos computadores está melhor, em virtude do barateamento e do tamanho desses. A comunicação não está mais restrita apenas a equipamentos que pertençam a um mesmo proprietário. O modelo OSI (International Standartization Organization) foi criado para padronizar protocolos que permitisse a intercomunicação entre equipamento de diversos fabricantes. [...] o modelo de referência OSI (Open Systems Interconnection) foi desenvolvido pela International Organization for Standardization (ISO) como um modelo para arquitetura de protocolos de computador e como uma estrutura básica para o desenvolvimento de padrões de protocolo [...] (STALLINGS, 2005, p. 96). Em contrapartida, o acesso à rede torna-se lento devido ao aumento do trafégo de dados, o que pode resultar na perda da disponibilidade de serviços aos usuários, pois sempre há a necessidade de automatizar os processos para que as empresas consigam atingir suas metas. Assim, existem vários mecanismos oferecidos atualmente com o objetivo de minimizar o aumento do tráfego. Exemplo disso é a separação da rede dentro de múltiplos pedaços, conhecidos como segmentos, os quais estão geograficamente em campus ou departamentos separados, e a interligação se estabelece com o uso de switches. Assim, caminhos redundantes surgem com o propósito de aumentar o nível de disponibilidade. Entretanto, caminhos redundantes implicam que quadros circulem indevidamente pela rede, o que ocasiona perda de performance e Loops. Como solução para esses problemas utiliza-se o 802.1D STP (Spanning Tree Protocol), entre switches, cujo propósito é criar um único caminho dinâmico lógico, por meio do bloqueio ou

14 da liberação de portas. [...] o algoritmo STP cria uma spanning tree de interfaces que estão ou no estado forwarding, ou no estado blocking. O STP efetivamente coloca interfaces no estado forwarding; por padrão, se uma interface não apresentar motivos para estar nesse estado, ela é colocada no outro estado, blocking. Em outras palavras, o STP simplesmente escolhe quais interfaces devem encaminhar [...] (ODOM, 2003, p.158). Para realizar essa tarefa, o spanning tree configura as interfaces a fim de que permaneçam no estado bloqueado blocking, o que significa que não pode enviar ou receber quadros de dados, apenas quadros BPDUs (Bridge Protocol Data Unit). Ao contrário desse estado, o liberado forwading permite ambos. Assim, haverá apenas um caminho lógico ativo entre os switches, já que uma das interfaces estará em estado bloqueado. O objetivo do STP é criar uma topologia redundante e, ao mesmo tempo, livre de loops. Isso se realiza através da eleição do switch principal (root bridge) e a seleção de uma única porta por segmento para enviar quadros de volta para o switch principal. O emprego do STP vem-se popularizando, porque as LANs (Local Area Network) estão sendo ampliadas justamente pelo fato de a quantidade de computadores nessas áreas esteja em expansão o que ocasiona aumento no tráfego de dados da rede. De acordo com Odom (2003), a maioria das LANs de grande porte possui diversos switches com propósito de segmentar a rede em pequenas redes - as sub-redes - e assim, minimizar a quantidade de dados que trafegam em uma rede inteira para uma mais restritiva. Subentende-se assim que, com múltiplos switches presentes na rede, várias características adicionais devem ser levadas em consideração. Links redundantes asseguram que os quadros tenham mais de um caminho entre switches, caso haja incidente de quebra de um link.

15 Tendo como base o cenário descrito, pretende-se fazer um estudo do protocolo Spanning Tree, com especial foco em detalhes técnicos em sua operação e em sua funcionalidade. 1.2 Identificação do Problema Como se formam os loops na camada de Enlace de Dados? O que se usa para prevenir switching loops numa rede com caminhos redundantes? Como o STP trabalha? Quais são os parâmetros usados para eleger o switch principal? O que são BPDUs? Como é feita a eleição do switch principal e quais são os requisitos para essa escolha? Quais são os estados do STP? Qual é o tempo de convergência? Qual o papel do protocolo ISL (Inter-Switch Link) e 802.1Q? Este trabalho pretende esclarecer tais questionamentos, atentando-se em respondê-los com uma linguagem de fácil compreensão, uma vez que muitos documentos encontram-se em língua estrangeira, pois o assunto ainda é pouco difundido em língua portuguesa. A questão principal deste trabalho é explicar o significado do Spanning Tree e seu funcionamento. Para tanto, é necessário expor um cenário em que ocorram loops e, de antemão, prever quais quadros ficam trafegando pela rede sem controle algum. 1.3 Objetivos 1.3.1 Objetivos Gerais Esta monografia visa complementar os estudos sobre o assunto e contribuir para esclarecer, numa linguagem simples, o funcionamento do STP.

16 A finalidade é o detalhamento da operação deste protocolo, resultando em material de apoio aos interessados em descobrir detalhes referentes a este protocolo de grande utilidade, que é pouco difundido no universo de TI (Tecnologia da Informação). 1.3.2 Objetivos Específicos Entender o Spanning Tree; Definir os campos do quadro BPDU; Expor como é realizada a eleição do switch raiz; Definir as etapas para a eleição do switch raiz; Especificar os estados da porta; Demonstrar o tempo de convergência; Descrever a relação de VLAN (Virtual Local Area Network) com STP. 1.4 Organização do trabalho Este trabalho está estruturado em cinco capítulos. No primeiro, descreve-se o projeto de pesquisa, de forma introdutória; no segundo, abordam-se algumas particularidades da camada de Enlace de Dados, o formato do frame 802.3, os tipos de BPDUs e a tecnologia VLAN. O terceiro capítulo aborda o trabalho do STP, de forma a apresentar detalhes particulares a esse protocolo, ou seja, expor os problemas de uma rede sem o STP, o objetivo do STP, como esse protocolo trabalha, os parâmetros necessários para montar uma topologia livre de loops, quais são os estados da porta, os tempos do STP e a convergência. No quarto capítulo, apresenta-se uma topologia de rede fictícia, feita em uma ferramenta de simulação de equipamentos de conectividade, o Packet Tracer, a fim de realizar um comparativo de se ter uma rede sem o STP e com ele. E por fim, no quinto capítulo, colocam-se as conclusões.

17 2 CONCEITOS DA CAMADA DE ENLACE 2.1 Explicação básica De acordo com Lammle (2007), a camada de Enlace de Dados realiza as seguintes funções: encapsula pacotes dentro do quadro, provê acesso ao meio físico por meio do endereço MAC (Media Access Control), executa detecção de erros e controle de fluxo. A confirmação de que a mensagem será entregue para o devido dispositivo é realizada por meio do endereço de hardware bem como a tradução das mensagens da camada de Rede em bits para a camada Física. Embora não seja tópico especifico deste estudo, será necessário citar algumas importantes tecnologias inerentes a essa camada. Conforme os seguintes termos: Frame Ethernet 802.3, Tipos de BPDUs e VLAN. 2.2 Frame Ethernet 802.3 O frame Ethernet 802.3 é composto pelos seguintes campos: preâmbulo, endereço de destino, endereço de origem, comprimento, dado, tipo e o FCS (Seqüência de Checagem do Frame). A figura 1 mostra o formato do quadro, cada campo do cabeçalho é descrito abaixo: FIGURA 1: Formato do quadro Ethernet 802.3. Preamble: há uma variância entre 0 e 1, para sincronizar o relógio interno do

18 remetente. Consiste de 64 bits ou 7 bytes; Destination Address (DA): este campo identifica qual computador receberá o quadro, que pode ser um endereço individual ou um grupo de endereços. Consiste de 6 bytes ou 48 bits; Source Address (SA): é usado para identificar o computador que emite a mensagem. Consiste de 6 bytes ou 48 bits; Type: é usado para identificar o protocolo da camada de rede. Consiste de 16 bits; Data: contém as informações a serem transmitidas, ou seja, os dados do usuário. O tamanho pode variar de 46 até 1500 bytes; Frame Check Sequence (FCS): é um campo usado para armazenar CRC (Cyclic Redundancy Check). Consiste de 4 bytes ou 32 bits. 2.3 Tipos de BPDUs Nos dizeres de Clark (1999), existem dois tipos de BPDUs. Os BPDUs de configuração e o TCN (Topology Change Notification) BPDU. Cada um deles está delineado em seções separadas para que possam ser feitas especificações de suas particularidades. 2.3.1 BPDUs de Configuração Tratam-se de um quadros específicos que possuem informações relevantes ao algorítmo Spanning Tree. Os switches os criam e os transmitem entre ambos para montar a estrutura topológica sem loops. Isso se consegue com a comparação dos parâmetros contidos nos BPDUs trocados entre os switches. A Figura 2 ilustra o formato do BPDU.

19 FIGURA 2: Formato do BPDU de Configuração. Essa figura foi capturada e exibida pelo software Packet Tracer para facilitar a compreensão dos parâmetros do Spanning Tree. Observa-se que se trata de um cabeçalho Ethernet 802.3 e, seus respectivos campos. O endereço de origem corresponde ao Mac da porta individual para cada BPDU, já que para cada porta do switch há diferentes endereços físicos. Portanto, esse endereço diferencia-se do usado para criar o Bridge ID, que se trata de um endereço global. Cada campo do cabeçalho está descrito abaixo: Protocol ID: Identifica o algorítmo spanning tree e o protocolo. Consiste de 2 bytes; Version: Identifica a versão do protocolo e consiste de apenas 1 byte; Message Type: Determina qual dos dois formatos BPDUS esse frame contém; configuração e notificação de alteração da topologia. Seu tamanho equivale a 1 byte; Flags: Indica os índices de BPDU em caso de uma mudança da topologia;

20 São eles: TC (Topology Change Nofitication), que é usado pelo switch raiz para reconhecimento de mudança de topologia e TCA (Topology Change Notification Acknowledgment), o qual diz ao switch que os dados da topologia contidos no BPDU atual foram lidos e salvos; Root ID: Contém o Bridge ID do switch raiz. Depois que ocorre a convergência, todos os BPDU configuram esse campo para identificar o switch raiz. Consiste de 8 bytes; Root Path Cost: Indica o custo acumulado para o switch raiz, a fim de detectar a melhor opção para transmitir BPDU ao switch principal. Consiste de 4 bytes; Bridge ID: É o identificador gerado pelo BPDU para o switch e é usado pelo algorítmo para construir o Spanning Tree. Consiste de 4 bytes; Port Id: Contém um único valor para cada porta, assim a porta 1/1 possui o valor 0x8001 e a porta 1/2 contém 0x8002. É utilizado para identificar a porta do switch que emite mensagens para outros. Consiste de 2 bytes; Max Age: Designa a idade do BPDU que é acumulado com o tempo decorrido desde que o switch originou-o. Se há perda de conectividade com o switch principal e, portanto, para de receber BPDU, esse tempo é incrementado para identificar que esses dados são velhos. Ou seja, é o tempo que o switch espera antes de concluir que a topologia modificou. Consiste de 2 bytes; Forward Delay: Tempo em que a porta fica em um determinado estado. Consiste de 2 bytes; Message Age: Intervalo de tempo em que o switch anuncia o BPDU. Consiste de 2 bytes; Hello Time: Tempo gasto em que o switch publica o BPDU, correspondente a 2 segundos.

21 2.3.2 BPDU (TCN) Notificação de Alteração da Topologia O TCN BPDU é mais simples do que o BPDU de configuração e, como seu nome sugere, sua principal função é notificar sobre a alteração da topologia. A diferença encontra-se no tamanho do cabeçalho do TCN BPDU, que é identificado pelos três primeiros campos do BPDU de configuração: o protocol ID, Version e o Type. Esse último contém dois valores: 0x00: equivale a 0000 0000 em binário, que identifica o BPDU de Configuração; 0x80: equivale a 1000 0000 em binário utilizado para identificar o TCN BPDU. 2.4 VLAN Apesar de VLAN não ser o assunto principal deste trabalho, é preciso fazer uma pequena descrição e relacioná-la com o protocolo STP. Conforme Odom (2004), uma rede virtual é um grupo de estações e servidores que se comunicam independentemente de sua localização física ou lógica, como se fosse um único domínio broadcast, ou uma rede lógica. Por definição, o roteador é um dispositivo que interliga diversas LANs e, a princípio deixa passar o tráfego destinado a uma rede conhecida por ele, contudo, não permite a passagem de broadcasts e multicasts. Desse modo, o switch segmenta uma rede em blocos, ou seja, LANs Virtuais, segmentos logicamente separados. Trata-se de um domínio de broadcast criado por um ou mais switches. Em virtude disso, em vez de todas as portas formarem um único domínio de broadcast, o switch as separa em várias, de acordo com a configuração.

22 Os dois cenários a seguir oferecem um contexto suficiente para que se possa notar a grande vantagem das VLANs. A figura 3, na página 22, apresenta uma rede formada por um roteador e três switches e, cada porta do roteador forma um domínio de broadcast, com o intuito de separar o tráfego. No entanto, esses switches determinam todas as portas na VLAN1 por padrão, ou seja, significa que ainda não se usa o conceito de VLAN. Observa-se, portanto, que o switch só pode transmitir quadros entre dispositivos localizados na mesma VLAN, por conseguinte, utiliza-se o roteador com o propósito de encaminhar pacotes entre os três domínios de broadcasts. FIGURA 3: Rede com três domínios de broadcast, sem nenhuma VLAN. Por outro lado, a figura 4, na página 23, mostra o uso de VLAN, em que o switch separa de maneira lógica as portas em domínios de broadcast diferentes, porquanto se faz necessário apenas um único switch. Não obstante, ele não envia quadros

23 para dispositivos de diferentes VLAN, o que torna imprescindível o uso do roteador. FIGURA 4: Rede com três domínios de broadcast e três VLANs. Além disso, os quadros precisam identificar a qual VLAN pertencem. Trata-se do processo de acrescentar um cabeçalho adicional a um quadro que possa conter informações relevantes sobre uma VLAN qualquer. Existem dois protocolos com esse propósito: o ISL, que é um método proprietário da Cisco e o IEEE (Institute of Eletrical and Electronics Engineers) 802.1Q. O primeiro exige que os equipamentos sejam da Cisco, o segundo surgiu como uma alternativa que independe do equipamento em uso. A figura 5, na página 24, mostra o quadro Ethernet com o acréscimo do cabeçalho ISL e seus respectivos campos. Deve-se observar que o campo com maior relevância trata-se da VLAN ou VLAN ID, o qual identifica a VLAN a que o quadro pertence.

24 FIGURA 5: Cabeçalho ISL. O mesmo processo se repete com o 802.1Q, conforme está ilustrado na figura 6. FIGURA 6: Cabeçalho 802.1Q. Contudo, esses dois protocolos foram desenvolvidos para operar em ambientes em que existe apenas uma única VLAN em execução, logo, suporta exclusivamente uma única LAN ou VLAN. Por causa disso, implantar o STP em ambientes que requerem múltiplos VLANs demanda consideração adicional. Trata-se de escolher o tipo de STP que melhor se adapta à LAN. De acordo com Hucaby (2006), o IEEE 802.1Q realiza uma única instância do STP, que engloba todas as VLANS. Isso é reconhecido como CST (Common Spanning Tree). Por outro lado, Boyles (2001), referencia isso como CST ou MST (Mono Spanning Tree). Assim, ter um único STP para muitas VLANs facilita a configuração do switch e diminui a carga do seu processador. Desse modo, se a CST 802.1Q estiver em

25 uso, somente uma instância do STP funcionará. Isso implica que há somente uma topologia livre de laço em determinado tempo e apenas um dos dois links estará no estado forwarding; porquanto os outros links sempre estarão no estado blocking. Logo, isso impede o balanceamento de carga. O PVST (Per-VLAN Spanning Tree) é outra versão do STP - proprietário do Cisco que oferece mais flexibilidade do que o anterior. Ele atua em uma única instância, separada para cada VLAN individual, isto é, para cada VLAN existe um STP. Se houver 4 VLANs configuradas, conseqüentemente, existirão 4 instâncias do STP; um para cada VLAN. Entende-se como uma relação de muitos para muitos. Como também permite balanceamento de carga, em que uma série de VLANs é transmitida por um link, e outra série por outro link. Entretanto, por ser um protocolo proprietário, há a necessidade do uso do ISL trunking, o qual impossibilita a comunicação entre PVST e CST. Para avaliar o benefício desse protocolo, a figura 7 mostra uma rede com duas VLANs e com dois links redundantes entre a VLAN1 e a VLAN2. Visto que o tráfego de VLAN1 usa o link SW3/SW2 e o tráfego de VLAN2 usa o link SW3/SW1, nota-se a capacidade de balanceamento de cargas. Em contrapartida, por esse ser proprietário, demanda o uso do ISL. FIGURA 7: PVST com ISL. Como o PVST apresentou suas particularidades, o PVST+ (Per VLAN Spanning Tree Plus) surge para supri-las. Conforme HUCABY (2006), o PVST+ fornece as

26 mesmas funcionalidades do PVST, não obstante ele executa ambos os protocolos, o ISL e o 802.1Q. A figura 8 da página 26 mostra que existem duas topologias para a rede apresentada, e que uma série de VLANS pode ser balanceada entre os links do switch principal SwA e os outros, portanto, há diferentes topologias, já que os links podem variar de estado. FIGURA 8. Rede com duas topologias. A tabela 1 resume as principais características dos tipos de STP. Tabela 1- Tipos de Spanning Tree. Tipo de STP Função CST Uma instância do STP, sobre a VLAN, padrão 802.1Q PVST PVST+ Uma instância do STP por VLAN, baseado no ISL da Cisco. Provê interoperabilidade entre CST e PVST, opera sobre ambos 802.1Q e ISL

27 3 SPANNING TREE 3.1 Problemas com Links Redundantes Segundo Roberto (2008), o mercado digital está cada vez mais exigente em nível global, e termos como: alta disponibilidade, cluster, redundância, balanceamento de carga e escalabilidade são pilares fundamentais em um projeto de rede. [...] Entende-se por sistema de alta disponibilidade aquele resistente às falhas de software, de hardware e de energia. A capacidade de um sistema manter-se no ar mesmo após a ocorrência de graves defeitos é o que o torna seguro e confiável. [...] (ROBERTO, 2008) Contudo, nem sempre é possível garantir, em tempo integral, que esses pilares não sofram alterações, já que há uma variedade de circunstâncias que contribui para que isso ocorra. Por exemplo, os loops que ocorrem porque há a tentativa de manter a rede redundante contra falhas, como a queda do link ou o switch não ligar. Manter redundância entre switches apresenta-se como uma solução que assegura maior disponibilidade de acesso. Mas, em contrapartida resulta em alguns problemas, uma vez que os quadros podem ser enviados para todos os links ao mesmo tempo. O loop é um exemplo, que potencialmente pode causar grandes desastres na rede, tais como: Broadcast storms: a figura 9, na página 28, mostra em que isso consiste. O host A envia um frame para o endereço físico de broadcast; etapa 1. Ambos os switches Cat-1 e Cat-2 recebem esse frame; etapa 2. Cat-1 recebe o frame na sua porta 1/1, faz uma cópia e a envia para sua porta de saída 1/2; etapa 3. Do outro lado, Cat-2 recebe o frame na sua porta 1/2; etapa 4. Cat-2 envia o frame à porta 1/1; etapa 5. Mais uma vez, Cat-1 recebe o mesmo na sua porta 1/1; etapa 6. Cat-1 repete a etapa 3, que resulta na etapa 7. Notase que o frame está sendo enviado no sentido anti-horário, pois não foi descrito o processo do primeiro frame recebido pela Cat-1 na porta 1/1, que

28 resulta no envio desse frame no sentido horário. Em outras palavras, o loop ocorre em ambas as direções. Assim, com o passar do tempo, a quantidade de cópias de frames aumentam, o que resulta na transmissão de múltiplos frames (CLARK, 1999); FIGURA 9: Broadcast storms. Corrupção da tabela do Switch: consiste na dupla adição de endereço físico na tabela MAC, justamente por haver links redundantes, uma vez que há múltiplos loops, um dentro do outro, em qualquer direção. O switch confunde

29 a localização dos dispositivos pelo fato de que esse recebe frames em mais de uma porta. A figura 10 da página 29 ilustra a duplicidade do endereço 0001.961b.9c01 para duas portas Fa0/1 e Fa0/3 (CLARK, 1999). FIGURA 10: Corrupção da tabela Mac. 3.2 Evitando Loops De acordo com Odom (2000), evitam-se loops na rede com o uso do protocolo Spanning Tree, cujo propósito envolve a criação de uma rede em que haja somente um único caminho ativo entre os switches e, que problemas como broadcast storms e corrupção da tabela Mac sejam evitados. A primeira versão original do Spanning Tree Protocol foi criada pela empresa denominada por DEC (Digital Equipment Corporation). Passado algum tempo, o IEEE criou sua própria versão, o 802.1D chamado de STP. O objetivo é evitar que loops ocorram na camada 2 - Enlace de Dados - realizado por meio do monitoramento de todos os links da rede (Lammle, 2007). Cabe ressaltar, conforme bem lembrado por Perlman ( responsável pela criação do

30 STP, especialista em redes e segurança de protocolos ), a finalidade desse algorítmo é manter a topologia livre de loops. O conceito para se alcançar essa tarefa consiste na transmissão de mensagens especiais entre os switches para que se possa calcular o Spanning Tree. Estes são como BPDUs ou mensagens de configuração, os quais contêm informações de configuração suficientes para que o switch possa efetuar as seguintes etapas: Eleger um único switch, entre todos da LAN, para se tornar o Root Switch; Calcular a distância do caminho mais curto para o Root Switch; Eleger o Designated Switch que fica próximo ao switch principal e enviar-lhe pacotes; Escolher uma porta, conhecida como porta principal, a qual disponibiliza o melhor caminho para o Root Switch; Selecionar as portas que se incluem no Spanning Tree. Chega-se ao fim desse processo com uma estrutura conhecida como árvore, cuja propriedade crucial é a conectividade livre de loops. Para fins didáticos, a figura 11 da página 31 apresenta a estrutura de dados de uma árvore binária, uma vez que os dados estão dispostos de forma hierárquica. Essa estrutura compõe-se de um elemento principal - o nó - o qual possui ligações para outro que por sua vez está conectado a outro. Nota-se que no nó A, elemento principal da estrutura, não há nenhuma outra ligação que retorne a ele.

31 FIGURA 11. Estrutura de uma arvore binária. A figura 12 ilustra um cenário fictício de uma LAN cujo STP foi implementado e que ressalta a estrutura de uma árvore. A linha tracejada ilustra os caminhos alternativos para que, caso haja falhas nos links principais, sejam ativados e mantenham a conectividade da rede. FIGURA 12. Cenário fictício de uma LAN com STP.

32 3.3 Parâmetros do STP O Spanning Tree utiliza dois campos para montar uma topologia livre de loops, são eles: BID (Bridge ID) e Path Cost. 3.3.1 Bridge IDs Esses são únicos para cada switch, cujo tamanho equivale a 8 bytes, dividido em dois sub-campos: Brigde Priotiy e MAC, conforme ilustrado na figura 13. FIGURA 13. Formato do Bridge ID IEEE. Bridge Priority: primeiro parâmetro para escolha do switch principal. Priorizase o menor valor e, esse varia 0 a 65535, com valor padrão equivalente a 32768, alterável para garantir que determinado switch vença a eleição; MAC: refere-se ao próprio endereço físico do switch, caso todos os switches possuam o mesmo valor bridge priority, utiliza-se para critério de desempate esse campo. Em virtude disso, primeiramente, a precedência de escolha é para o menor bridge priority. Caso sejam iguais, o menor MAC-address será o escolhido.

33 3.3.2 Path Cost O Spanning Tree utiliza o conceito custo de link para escolha do melhor caminho para o switch principal e, esse está associado à largura do link. A tabela 4 lista os custos dos links de acordo com o IEEE (CLARK, 1999). TABELA 2 - Custo dos diferentes tipos de Ethernet. Largura de Banda Custo 4 Mbps 250 10 Mbps 100 16 Mbps 62 45 Mbps 39 100 Mbps 19 155 Mbps 14 622 Mbps 6 1 Gbps 4 10 Gbps 2 3.4 Quatro passos da seqüência de decisão do STP. O algorítmo Spanning Tree, ao criar uma topologia lógica livre de loops, sempre usa a mesma seqüência de decisão em quatro etapas, seguem-nas: Etapa 1: menor Root BID; Etapa 2: menor Path Cost; Etapa 3: menor BID enviado;

34 Etapa 4: menor ID da porta. Os switches transportam informações do Spanning Tree entre eles mesmos, empregando o uso de BPDUs. O switch emprega as quatro etapas para salvar e copiar o mais perfeito BPDU observado em cada porta. Porém, caso haja BPDUs com valores melhores do que o atual, esse é descartado e atualizado. O processo de troca de BPDU continua até que o mais atrativo deles seja recebido pelo switch principal (CLARK, 1999). 3.5 Etapas de convergência do Spanning Tree De acordo com Clark (1999), o algorítmo Spanning Tree passa por três etapas para deixar a topologia livre de loops, são elas: Etapa 1: eleger o switch principal; Etapa 2: eleger as portas principais; Etapa 3: eleger as portas designadas. O processo da formação da estrutura topológica inicia-se com o ligamento dos switches e esses dão início à transmissão de BPDUs entre eles e, aplicam-se os quatro passos da seqüência de decisão do STP, conforme explicado no item anterior. Isso resultará na escolha do switch principal; etapa 1. Em seguida realizam-se as etapas 2 e 3 para construir a topologia. As três etapas são descritas detalhadamente em itens diferentes, conforme se segue. 3.5.1 Eleição do Switch Principal O objetivo do processo de eleição entre todos os switches está voltado para a escolha da Root Switch, que utiliza o campo Bridge Id de cada uma como parâmetro de comparação nessa escolha. Esse campo, por sua vez divide-se em dois campos menores: Bridge Priority e MAC Address, cujo conteúdo pertence a um

35 único switch. A eleição inicia-se quando todos os switches são ligados e mensagens BPDUs são trocadas entre si para que possam verificar quais delas possuem o menor bridge priority ou menor mac-address. Cada um envia sua proposta para a vizinha, com intuito de auto eleger-se. Recebido o frame BPDU, compara-se o bridge priority desse com o do próprio switch, caso esse seja menor do que o próprio gera-se uma nova mensagem com esse valor, a qual significa que o switch proprietário desse valor até o momento está sendo o root switch. Se houver empate utiliza-se o menor Mac Address. FIGURA14. Operação do STP. Vale lembrar que esse processo faz o uso de dois campos, o BID que pertence ao próprio switch e o BID enviado. Suponha-se que, de acordo com a figura 14, Cat-A foi ligada e logo enviou uma mensagem para Cat-B, essa por sua vez comparou o BID enviado com o seu e constatou que os bridge priority são iguais. Para critério de desempate utilizou o

36 menor mac-address, que, nesse exemplo, o endereço AAAA.AAAA.AAAA de Cat-A é menor do que BBBB.BBBB.BBBB de Cat-B. Esta cria uma nova mensagem que tem incluída no campo Root Id o endereço AAAA.AAAA.AAAA e envia para Cat-C. A figura 15 mostra o novo cabeçalho do BPDU com destaque aos campos Root Id e Bridge ID, cujos valores foram alterados. Observa-se que os valores de root id pertencem à Cat-A e os valares de bridge id referem-se à Cat-B. FIGURA 15. Cabeçalho do BPDU. Cat-C ao receber essa mensagem verifica o campo Bridge Id e percebe que este tem o endereço menor do que o seu. Logo Cat-A está eleita como Root Switch. Por padrão, os BPDUs são enviados, a cada dois segundos, para todas as portas do switch, sendo assim Cat-A enviou duas mensagens, para Cat-B e Cat-C. Esta ao receber a mensagem enviada por Cat-B já havia recebido uma de Cat-A, por conseguinte Cat-A se tornou root switch. 3.5.2 Eleição da porta raiz Os switches que estão diretamente conectados ao switch raiz classificam-se como non-rootswitch, os quais devem selecionar uma porta raiz. O fato determinante

37 para essa seleção está no menor custo acumulado de todos os links para o switch raiz. A figura 16, abaixo, ilustra como esse custo acumula-se entre os vários switches, o qual resulta no processo de escolha da porta raiz. FIGURA 16. Valor de links. O processo inicia-se quando Cat-A envia BPDUs, os quais contêm um custo 0 no respectivo campo custo do caminho; etapa 1. Cat-B ao receber este BPDU adiciona o custo do caminho da porta 1/1 ao custo do caminho para o switch principal contido no BPDU recebido. O novo custo sobrepõe o anterior, que adiciona o valor de 19 na porta 1/1; etapa 2. Cat-B, então usa o valor de 19 internamente e envia BPDU para a porta 1/2; etapa 3. Por sua vez, Cat-C recebe este BPDU vindo de Cat-B e incrementa o valor recebido de 19 para 38, já que houve a soma dos dois links anteriores; etapa 4. Por outro lado, Cat-C também recebeu BPDU do switch principal sobre a porta 1/1. O custo recebido na porta 1/1 era 0 e que internamente o valor foi incrementado para 19; etapa 5. Assim, Cat-C precisa escolher qual das duas portas tornará a porta raiz. Logo, ela consta que o valor do custo do caminho

38 para o switch raiz sobre a porta 1/1 equivale a 19 e que o valor desse campo na porta 1/2 corresponde a 38, portanto, a porta 1/1 tornou-se a porta raiz; etapa 6. Cat-C gera um último BPDU com o custo já alterado para 19 e envia-o à sua porta 1/2; etapa 7. Nesse instante Cat-B tem dois valores para decidir qual porta será a raiz, como o custo do link recebido sobre a sua porta 1/1 equivale a 19, essa porta foi selecionada como raiz. Nota-se que ambos os switches, Cat-B e Cat-C, podem escolher qual de suas portas serão a raiz. Quando ambas possuírem dois valores a serem escolhidos, vence o menor custo acumulado ao longo dos links. Nesse exemplo, o custo do link corresponde ao valor da largura de banda do fastethernet em que este está padronizado pelo IEEE. 3.5.3 Eleição da Designated Port Nessa terceira etapa a estrutura da árvore começa a se formar, pois o switch raiz já foi escolhido como ponto principal. No entanto, faz-se necessário escolher quais portas podem enviar frames e quais estarão no estado bloqueado e qual não envia frames, apenas BPDUs. De acordo com Clark (1999), cada segmento na LAN tem uma Designated Port a qual se conecta o outro switch e que somente uma porta gerencia o tráfego para cada link. Desse modo outros links que formam o laço são bloqueados. O switch que possui esta porta trata-se de um Designated Switch. A escolha dessas portas fundamenta-se no custo acumulativo do caminho raiz para o switch raiz. Pode-se visualizar na figura 17 o custo referente aos links.

39 FIGURA 17: Custo de links. Na figura 17 o segmento 1 conecta o switch Cat-A ao Cat-B, segmento sobre o qual existem duas portas; porta 1/1 da Cat-A e a porta 1/1 de Cat-B. Custo do caminho sobre a porta 1/1 de Cat-A equivale a 0, por outro lado, o custo sobre a porta 1/1 de Cat-B corresponde a 19, pois este valor foi adicionado ao do BPDU recebido. Como o custo sobre a porta 1/1 de Cat-A tem menor valor do que o valor de Cat-B, logo essa porta se torna a Designated Port. Vale ressaltar que a prioridade está para o menor custo acumulado. Da mesma maneira se aplica essa escolha para as portas que ligam o segmento 2. Cat-A, porta 1/2 tem o valor do custo equivalente a 0 e Cat-C, porta 1/2 tem o valor de 19. Portanto, a porta 1/2 da Cat-A está escolhida como Designated Port justamente por ter o menor custo de caminho. Conseqüentemente, cada porta ativa sobre o switch raiz torna-se uma Designated Port. Até o momento, a eleição baseou-se no menor custo acumulado, mas existem

40 situações em que poderá haver um empate nesses valores. Isso acontece no segmento 3 da figura 17 em que esse segmento conecta a Cat-B, porta 1/2 a Cat-C, porta 1/2 cujo valor do custo corresponde a 19. Utiliza-se como critério de desempate o menor Mac contido no campo BID do BPDU. Nesse exemplo, a porta 1/2 de Cat-B foi eleita por ter o Mac equivalente a BB-BB-BB-BB-BB-BB enquanto o de Cat-C corresponde a CC-CC-CC-CC-CC-CC. No entanto, a porta 1/2 de Cat-C torna-se a non-designated port. Desse modo, essa porta não envia frames, ou seja, enquanto todas as outras portas estão no estado forwarding essa está bloqueada. 3.6 Estados das portas Durante o processo de eleição, dados de usuário não trafegam pela LAN, somente quadros BPDUs que possuem parâmetros para que possam eleger o switch principal, as portas principais e as portas designadas. Sendo assim, para participar do STP, cada porta do switch progride por vários estados. Inicia-se pelo desabilitado e, seguindo progressivamente, entre os outros, até atingir o estado em que os dados dos usuários podem trafegar. Os estados do STP são os que se seguem, conforme Hucaby (2006): Disabled: não faz parte da progressão normal do STP. Essas portas são gerenciadas pelo administrador de rede cuja decisão pode ser ativada ou desativada; Blocking: depois de seu início, a porta começa no estado blocking, assim não há chance de ocorrer laços, já que nenhum dado pode ser recebido ou transmitido e, endereços macs não são adicionados na tabela do switch. Permite-se somente receber BPDUs de modo que o switch possa ouvir seus vizinhos; Listening: é o segundo estado, o qual transgrediu do primeiro, ou seja, a porta move de blocking para listening. Enviar e receber frames de dados ainda não estão liberados, apenas BPDUS são enviados. Aqui, permite-se que a porta se torne porta raiz ou porta designada, isso porque, BPDUs são

41 encaminhados entre os switches; Learning: é o terceiro estado. Permite-se a mudança para este estado depois de um período de tempo chamado Forward Delay no estado anterior, desse modo, a porta está liberada para mover para o estado Learning. A porta ainda emite e recebe BPDUs como antes. Neste estado, o switch aprende novos endereços MACs e adiciona-os à sua tabela de endereço. Ainda não se permite o trafego de dados; Forwarding: após outro período de forward delay esperado no estado anterior, a porta move para dentro deste quarto estado, o forwarding. Frames de dados e BPDUs podem ser enviados e recebidos. 3.7 Tempos do STP O protocolo Spanning Tree constantemente propaga BPDUs entre os switches, a fim de manter a LAN livre de laços, os quais possuem tempo determinado para seu envio e não permitem alteração do tempo. No entanto, essas mensagens de configuração podem sofrer atrasos em sua propagação. Para evitar esses possíveis atrasos, torna-se importante ter um tempo para que todos os switches recebam essas mensagens. A seção anterior mencionou o termo forwarding delay, que corresponde ao tempo gasto da passagem do estado listening para learning. Além desse tempo, o STP utiliza outros dois, que também são descritos: Hello Time: determina o intervalo de tempo para o envio de BPDUs. De acordo com IEEE 802.1D, o valor correspondente equivale a 2 segundos; Forward Delay: determina o intervalo de tempo gasto para que a porta switch mude do estado Listening para o Learning. O valor padrão equivale a 15 segundos; Max Age: determina o tempo em que o BPDU fica armazenado no switch antes de descartá-lo equivalente há 20 segundos. Em caso de perda de

42 contato com o emissor do BPDU, o switch assume que pode ter ocorrido uma mudança de topologia após o tempo do Max Age ter excedido, isso faz com ele seja rejeitado. Ou seja, é o tempo que o switch espera antes de concluir que a topologia modificou. 3.8 Notificação da alteração da topologia FIGURA 18. Notificação de alteração da topologia. A discussão que se segue refere-se ao cenário ilustrado na figura 18. Por suposição, o computador D quer se comunicar com o computador E, cuja comunicação se dá pelo switch Cat-B. Porém, a porta de 1/2 de Cat-B falhou. Desse modo, a comunicação fica interrompida por 250 segundos, já que não se utiliza TCN BPDUs.

43 Em cada tabela de cada switch há uma referência aos dispositivos da LAN, por exemplo: sobre a porta 1/1 de Cat-A está associado o endereço Mac EE-EE-EE-EE- EE-EE do computador E, sucessivamente esse mesmo endereço está na tabela de Cat-B na porta 1/2 e, Cat-C comunica-se ao computador na porta 1/1, já que aprendeu com essa porta o endereço EE-EE-EE-EE-EE-EE. Nota-se que a comunicação para o computador E realiza-se no sentido anti-horário, isso porque a porta 1/2 de Cat-C estava bloqueada. Como a porta 1/2 de Cat-B falhou, a porta 1/2 torna-se a porta designada. Desse modo, as tabelas dos três switches direcionam os frames para o lado errado, ou seja, o caminho para o computador E mudou. Assim, as tabelas dos switches precisam ser atualizadas. Existe a opção de se esperar pela entrada natural de endereços na tabela, que, por padrão, corresponde a 300 segundos, no entanto, isso conduz à indisponibilidade de 5 minutos. O TCN BPDU é uma maneira razoavelmente simples de melhorar esse tempo da convergência. A seguir segue a forma como os TCN BPDUs trabalham: 1. Os switches originam TCN BPDUs por duas condições: Quando a porta muda para o estado forwarding. Ela transita entre forwarding ou learning para o blocking. Essas situações geram uma mudança de topologia e requerem uma notificação ao switch principal, que se realiza por meio do envio de TCN BPDUs. Isso prossegue até que o emissor receba um reconhecimento; 2. O switch recebe o TCN BPDU. Entretanto, somente o switch que possuir uma porta designada aceita e processa o TCN BPDU; 3. O switch configura o campo flag que reconheceu a modificação da topologia e envia outro TCN BPDU ao seu vizinho. Isso porque não se trata do switch principal; 4. O switch receptor reconhece o TCN BPDU recebido na etapa precedente e faz com que o switch emissor pare de enviar TCN BPDUs. Nessa etapa, esse switch está a um salto da principal; 5. As etapas de 2 a 4 se repetem até que o switch principal receba o TCN BPDU;

44 6. O TCN BPDU atingiu o switch principal, o qual ajusta o flag referente ao reconhecimento de mudança de topologia - reconhece o TCN BPDU enviado pelo switch anterior. Por sua vez, tem a função de configurar o flag que trata de mudança da topologia e o envia para sua porta de saída; 7. O switch principal continua a ajustar o flag de alteração de topologia e a encaminhá-los. O tempo de envio corresponde à soma do Forward Delay + Max Age, que juntos equivalem a 35 segundos. Isso instrui os outros switches a diminuírem o tempo de envelhecimento da tabela para o padrão. FIGURA 19. Seqüência dos fluxos no processo da mudança de topologia. A figura 19 mostra o percurso realizado pelo TCN BPDU até que atinja o switch principal, que por sua vez realiza as devidas mudanças e retorna um TCN BPDU configurado para seus vizinhos. Aplica-se esse processo no cenário da figura 18, em que, Cat-B e Cat-C enviam TCN BPDUs em suas portas 1/1 de saídas; etapa 1. As etapas 2 e 5 acontecem simultaneamente porque o próximo switch corresponde ao switch principal - as

45 tarefas 3 e 4 são saltadas. Na próxima configuração de BPDU que ele envia, o switch principal ajusta o flag TCN ACK para se certificar de que recebeu o TCN de ambos os switches. Cat-A também configura o flag alteração de topologia para 35 segundos para causar atualização da tabela mais rapidamente, etapas 6 e 7. Nesse instante, todos os switches recebem o flag alteração de topologia e a idade de suas tabelas passam a corresponder a 15 segundos. Uma nova topologia se cria, isso implica em que os switches terão que aprender os endereços de cada dispositivo da LAN e, conseqüentemente, armazená-los em suas respectivas tabelas. Desse modo, a tabela de cada switch referente ao envio de frames para o computador E equivale à tabela 4, abaixo: TABELA 3 - Tabela de cada switch depois da alteração da topologia. Switch Porta associada ao endereço EE-EE-EE-EE-EE-EE Cat-A Porta 1/2 Cat-B Porta 1/1 Cat-C Porta 1/2 Assim, a comunicação entre o computador D e o E se restabelece, em virtude do processo da restauração da rede. O tempo, que antes correspondia a 5 minutos para realizar esse processo, foi reduzido a 50 segundos. Significando que o tempo gasto para que o STP restabeleça a comunicação depois de uma falha equivale a 50 segundos.

46 4 IMPLEMENTAÇÃO DO STP NO SIMULADOR 4.1 Introdução prévia Para mostrar o funcionamento do STP, foi criada uma topologia de rede virtual no simulador Packet Tracer, um aplicativo da Cisco para fins educacionais que provê simulação de equipamentos de redes de computadores. Com esse software consegue-se visualizar a simulação da rede, do tráfego, servidores e dispositivos. Além disso, podem-se configurar routers, switches, estações de trabalho e verificar os vários tipos de protocolo suportados por essa ferramenta. Há várias outras vantagens que revelam a utilidade desse aplicativo. Assim, cabe destacar que essa simulação tem o propósito didático de apresentar como o STP se comporta entre links redundantes. Não é preciso dispor-se de um conhecimento avançado em comandos para manipulação do switch. Logo, o que está por vir mostrará os efeitos que se têm quando o STP está desabilitado e a resolução deles com a habilitação do STP. 4.2 Topologia Proposta Essa topologia não visa aproximar-se dos modelos encontrados em ambientes reais de corporações, trata-se apenas de uma simulação, deste modo foi criada a topologia de rede apresentada na figura 20, que está composta por 4 computadores e 4 switches.

47 FIGURA 20. Visão da topologia apresentada. Como o propósito deste trabalho é apresentar as funcionalidades do STP; assuntos como robusteza do switch, divisão do endereçamento IP, largura de link entre switches e comandos avançados para manipulação dos switches, não são levados em consideração nessa simulação. No entanto, há links redundantes entre os switches justamente para manter a disponibilidade de conexão em caso de algum vir a falhar. 4.3 Topologia sem STP Por padrão o STP já está habilitado, desse modo, inicialmente para que se possa visualizar a ocorrência de loops, deve-se desabilitar o STP em todos os switches, por meio do comando, no spanning-tree vlan 1, dentro do modo de configuração. Por padrão de configuração todas as portas do switch estão na VLAN 1, pois esse conceito não se aplica nessa simulação. Caso haja outras VLANs configuradas, o comando se repete, necessariamente, para cada VLAN. O Loop inicia-se na tentativa de troca de dados entre qualquer computador da rede.