Module 5 | Notities PXL

Layer 2 loops

Een layer 2 loop is een netwerk probleem waarbij frames oneindig worden doorgestuurd.

Dit gebeurt wanneer switches met redundante paden bijvoorbeeld een broadcast frame ontvangen en deze doorsturen naar alle andere poorten.

Maar als het broadcast frame dan terugkomt bij een switch die het broadcast frame al heeft ontvangen, komt het frame van een andere poort en wordt het frame weer doorgestuurd door alle egress poorten.
Zo gaat het frame oneindig door en vermenigvuldigt het zichzelf in het netwerk tot deze plat ligt.

STP

Het Spanning Tree Protocol (STP) is een netwerk protocol dat layer 2 loops voorkomt.

STP doet dit door bepaalde poorten uit te schakelen.

Doordat STP poorten uitschakelt, voorkomt het dat frames gestuurd worden naar switches die het frame al hebben ontvangen.

Hoe werkt STP?

In de volgende topologie zijn er verschillende mogelijkheden voor layer 2 loops.

Bijvoorbeeld als Switch A een broadcast frame stuurt naar Switch B en Switch D.
Switch B stuurt het frame door naar Switch C en Switch D.
Switch D stuurt het eerste frame van Switch A door naar Switch C en Switch B.
Switch D stuurt het tweede frame van Switch B door naar Switch C en Switch A...
Dat is het begin van een broadcast storm.

Topologie:
      ┌─────────┐
      │Switch A │──────╮
      └────┬────┘      │
           │           │
      ┌────┴────┐      │
      │Switch B │      │
     ╭└─────────┘╮     │
     │           │     │
     │           │     │
     │           │     │
 ┌───┴───┐   ┌───┴───┐ │
 │Switch │   │Switch │ │
 │   C   │───│   D   │─╯
 └───────┘   └───────┘

Spanning Tree Algorithm

Het algoritme dat STP gebruikt om layer 2 loops te voorkomen.

⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀⠀

De eerste stap is het selecteren van de root bridge (root switch).

Dit wordt gedaan om een referentie punt te hebben. Zonder referentie punt kunnen er geen paden berekend worden omdat de switches niet weten waar ze naartoe moeten.

De root bridge is de switch met het laagste Bridge ID. Dit kan worden ingesteld door een netwerkbeheerder, om inefficiënte netwerken te vermijden moet je het netwerk dus goed ontwerpen.

⠀
      ┌─────────┐
      │Switch A │──────╮ ← ROOT BRIDGE
      │ID: 100  │      │   (Laagste Bridge ID)
      └────┬────┘      │
           │           │
      ┌────┴────┐      │
      │Switch B │      │
      │ID: 200  │      │
     ╭└─────────┘╮     │
     │           │     │
 ┌───┴───┐   ┌───┴───┐ │
 │Switch │   │Switch │ │
 │   C   │───│   D   │─╯
 │ID: 300│   │ID: 400│
 └───────┘   └───────┘
    

Als de root bridge gevonden is moet elke switch (niet de root bridge / switch) een root poort selecteren.

De root poort is de poort die het dichtste (qua performantie, niet fysiek) bij de root bridge is.

De root path cost (de "prijs" om aan de root bridge te geraken) wordt berekend door de snelheid van een link een cijfer te geven. Hoe sneller, hoe kleiner het cijfer / de kost.

Als er meerdere links zijn tussen de root poort en de root bridge, wordt de root path cost van elke link op een pad opgeteld en het pad met het laagste cijfer wordt verkozen.

RP = Root Poort
      ┌─────────┐
      │Switch A │──────╮ ← ROOT BRIDGE
      └────┬────┘      │
           │ - 4       │
 RP - ┌────┴────┐      │
      │Switch B │      │
     ╭└─────────┘╮     │ - 4
     │           │     │
 4 - │       4 - │     │
RP - │           │     │
 ┌───┴───┐   ┌───┴───┐ │
 │Switch │   │Switch │ │
 │   C   │───│   D   │─╯ - RP
 └───────┘ │ └───────┘
           4
    

De designated poort is de poort op een switch (root & niet root) die een netwerk segment verbindt met het beste pad naar de root bridge.

Een netwerk segment is een deel van een netwerk. Bijvoorbeeld een apparaat en kabel zijn één netwerk segment als die verbonden zijn met een netwerk.

DP = Designated Poort
      ┌─────────┐
      │Switch A │──────╮ - DP
 DP - └────┬────┘      │
           │           │
      ┌────┴────┐      │
      │Switch B │      │
DP - ╭└─────────┘╮     │
     │           │     │
     │           │     │
     │           │     │
 ┌───┴───┐   ┌───┴───┐ │
 │Switch │   │Switch │ │
 │   C   │───│   D   │─╯
 └───────┘   └───────┘
             │
             DP
    

Als een poort geen designated of root poort is, wordt deze geblokkeerd.

⠀
      ┌─────────┐
      │Switch A │──────╮
      └────┬────┘      │
           │           │
      ┌────┴────┐      │
      │Switch B │      │
     ╭└─────────┘x     │
     │           │     │
     │           │     │
     │           x     │
 ┌───┴───┐   ┌───┴───┐ │
 │Switch │   │Switch │ │
 │   C   │x──│   D   │─╯
 └───────┘   └───────┘
    

Poort statussen

Poort status	Beschrijving
Disabled	De poort is administratief uitgezet. Het stuurt geen frames door en doet niet mee aan STP.
Blocking	De poort is geblokkeerd door STP. Het stuurt geen frames door, maar luistert wel naar BPDUs. Als de poort na 20 seconden geen BPDU heeft ontvangen (Max Age timer) gaat die naar de "listening" status.
Listening	De poort luistert naar BPDU frames om te beslissen wat het beste pad is naar de root bridge. Het stuurt ook zijn eigen BPDUs.
Learning	De poort ontvangt en verwerkt BPDUs. Het bereidt zich ook voor om frames door te sturen. Daarnaast begint het met de MAC adres tabel in te vullen.
Forwarding	De poort stuurt frames door en luistert naar BPDUs. Het is de actieve status.

PVST

Per VLAN Spanning Tree (PVST) is een uitgebreide versie van STP die per VLAN een eigen spanning tree heeft.
Dit betekent dat elke VLAN zijn eigen root bridge, root poorten en designated poorten heeft.