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Rapid Spanning Tree tiene unas mejoras en relacion a el protocolo Spanning Tree, veamos algunas de ellas.

Primero comenzaremos con los estados de los puertos, si bien recordamos los estados de STP son:

• Disable
• Blockin
• Listening
• Learning
• Fowarding
• Broken.

Aunque realmente, podemos decir que los estados con los cuales operamos son solo 4. De acuerdo a la siguiente imagen pasamos de 4 estados a 3.

Es decir, pasamos de 4 estados a 3 estados. Ya conocemos los estados de Forwarding y Learning; el nuevo estado que vemos con RSTP es Discarding, que combina los estados de Blocking y Listening.

Los BPDUs ahora se envían cada intervalo de tiempo (hello time). Con STP, solo el root switch generaba BPDUs, y estos eran retransmitidos por los non-root switches a trevés en su puerto raíz. RSTP funciona de manera diferente… todos los switches generan BPDUs cada dos segundos .

Spanning Tree utiliza un temporizador de max age (20 segundos) para los BPDUs antes de descartarlos. ¡Rapid Spanning Tree funciona de manera diferente! Ahora los BPDUs se usan como un mecanismo de keepalive, similar a lo que utilizan los protocolos de enrutamiento como OSPF o EIGRP. Si un switch no recibe tres BPDUs de un switch vecino, asumirá que la conectividad con ese switch se ha perdido y eliminará inmediatamente todas las direcciones MAC.

En RSTP, los switches son más proactivos y dinámicos al procesar BPDUs para permitir una convergencia más rápida en la red. Parte de este comportamiento es que pueden aceptar hasta 3 BPDUs inferiores en ciertas situaciones antes de descartar el enlace o recalcular la topología.

¿Qué son los BPDUs inferiores?

• Un BPDU inferior tiene información «menos favorable» en comparación con el BPDU almacenado por el switch. Esto incluye un:
  • Root Bridge ID más alto (menos prioritario).
  • Root Path Cost mayor (un camino más costoso hacia el Root Bridge).
  • Bridge ID menos favorable en comparación con el BPDU existente.

¿Por qué aceptar BPDUs inferiores?

1. RSTP busca mayor flexibilidad: A diferencia de STP clásico, RSTP no descarta inmediatamente un BPDU inferior, ya que hacerlo podría retrasar la convergencia.
2. Hasta 3 BPDUs inferiores son aceptados antes de decidir que hay un cambio significativo en la topología o que el enlace no es válido.

La velocidad de transición (convergence time) es la característica más importante de Rapid Spanning Tree. El Spanning Tree clásico tenía que pasar por los estados de listening y learning antes de mover una interfaz al estado de forwarding. Esto tomaba 30 segundos con los temporizadores predeterminados. El Spanning Tree clásico se basaba en temporizadores.

Rapid Spanning Tree no utiliza temporizadores para decidir si una interfaz puede pasar al estado de forwarding o no. En su lugar, utiliza un mecanismo de negociación para esto.

¿Recuerdas portfast? Si habilitamos portfast mientras ejecutamos classic spanning tree, se omitirán los estados de listening y learning, y la interfaz se colocará directamente en el forwarding state. Además de mover la interfaz al forwarding state, también evitará generar TCN cuando la interfaz se caiga o levante. Todavía usamos portfast para rapid spanning tree, pero ahora se le conoce como edge port

Rapid spanning tree solo puede poner las interfaces en el forwarding state muy rápido en edge ports (portfast) o en interfaces point-to-point.

• Point-to-point (full duplex)
• Shared (half duplex)

Normalmente estamos utilizando switches, y todas nuestras interfaces están configuradas como full duplex, por lo que rapid spanning tree ve estas interfaces como point-to-point. Si introducimos un hub en nuestra red, tendremos half duplex, lo cual es visto como una shared interface por rapid spanning tree.

Veamos como se lleva a cabo la negociación del estado de los puertos, utilicemos la siguiente topología.

Déjame describir el mecanismo de sincronización de rapid spanning tree usando la imagen de arriba. SW1 en la parte superior es el root bridge. SW2, SW3 y SW4 son non-root bridges.

Tan pronto como el enlace entre SW1 y SW2 se activa, sus interfaces estarán en modo blocking. SW2 recibirá un BPDU de SW1, y ahora se llevará a cabo una negociación llamada sync:

Después de que SW2 reciba el BPDU del root bridge, bloqueará inmediatamente todos sus non-edge designated ports. Los non-edge ports son las interfaces que se conectan a otros switches, mientras que los edge ports son las interfaces que tienen configurado portfast. Tan pronto como SW2 bloquee sus non-edge ports, el enlace entre SW1 y SW2 pasará al forwarding state. Ahora, SW2 realizará lo siguiente:

SW2 también realizará una operación de sincronización con SW3 y SW4 para que puedan moverse rápidamente al forwarding state.

La lección que se debe aprender aquí es que rapid spanning tree usa este mecanismo de sincronización en lugar del mecanismo basado en temporizadores que utiliza classic spanning tree (listening > learning > forwarding). Voy a mostrarte cómo se ve esto en switches reales en un momento. Ahora, echemos un vistazo más de cerca al mecanismo de sincronización. Veamos qué sucede exactamente entre SW1 y SW2:

Al principio, las interfaces estarán bloqueadas hasta que se reciban un BPDU de cada uno. En este momento, SW2 descubrirá que SW1 es el root bridge porque tiene la mejor información de BPDU. El mecanismo de sincronización comenzará porque SW1 establecerá el bit de propuesta en el campo de flag del BPDU.

Cuando SW2 reciba la propuesta, tendrá que hacer algo con ella:

SW2 bloqueará todas sus interfaces non-edge y comenzará la sincronización hacia SW3 y SW4. Una vez que esto se haya completado, SW2 le informará a SW1 sobre este proceso:

Una vez que SW2 tenga sus interfaces en modo de sincronización, le informará a SW1 sobre esto enviando un agreement. Este agreement es una copia del proposal BPDU donde el bit de propuesta se ha apagado y el bit de acuerdo se ha encendido.

Una vez que SW1 reciba el agreement de SW2, colocará su interfaz Giga 0/0 en forwarding mode de manera inmediata.

Exactamente el mismo mecanismo de sincronización ocurrirá ahora en las interfaces que conectan a SW3 y SW4, SW2 enviará una proposal en sus interfaces hacia SW3 y SW4. SW3 y SW4 enviarán un agreement:

SW3 y SW4 no tienen ninguna otra interfaz, por lo que enviarán un agreement de regreso a SW2.

SW2 colocará sus interfaces en forwarding, y con eso habremos terminado. Este mecanismo de sincronización consiste solo en un par de mensajes que van y vienen, y es muy rápido. ¡Es mucho más rápido que el mecanismo basado en temporizadores del classic spanning tree!

UpLinkFast

UplinkFast es una característica del Spanning Tree Protocol (STP) clásico diseñada para acelerar la recuperación de la conectividad en switches que tienen puertos redundantes hacia el root bridge. En redes tradicionales con STP, si el puerto raíz (root port) de un switch falla, este tiene que esperar a que el protocolo pase por los estados de listening y learning, lo cual toma hasta 30 segundos antes de que un puerto redundante pueda ser activado como el nuevo root port.

Cómo funciona UplinkFast:

1. Objetivo: UplinkFast permute que un switch con múltiples conexiones ascendentes (uplinks) habilite rápidamente un puerto redundante como root port en caso de que falle el puerto primario.
2. Sincronización rápida: En lugar de esperar los 30 segundos normales, UplinkFast reduce este tiempo de convergencia a solo 1-5 segundos.
3. Acción: Si el puerto raíz actual falla, UplinkFast identifica el siguiente mejor puerto redundante (con el path cost más bajo) y lo activa de inmediato como el nuevo root port.

Escenario típico:

UplinkFast es útil en switches de acceso que tienen múltiples conexiones ascendentes hacia switches de distribución o el core de la red. Específicamente:

• Primario: Hay un puerto que actúa como el root port.
• Redundante: Hay uno o más puertos en estado blocking que están listos para activarse.

Cuando configuras classic spanning tree, tienes que habilitar UplinkFast manualmente. Rapid spanning tree usa UplinkFast por defecto, por lo que no necesitas configurarlo. Cuando un switch pierde su root port, colocará inmediatamente su alternate port en forwarding.

Ya no necesitamos esto porque el mecanismo de cambio de topología en rapid spanning tree es diferente. Entonces, ¿qué es diferente en el mecanismo de cambio de topología?

Con el classic spanning tree, una falla en el enlace desencadenaría un cambio de topología. Usando rapid spanning tree, una falla en el enlace no se considera un cambio de topología. Solo las interfaces non-edge (que conducen a otros switches) que pasan al estado de forwarding se consideran un cambio de topología.

Para poder tener un mejor entendimiento de las diferencias entre Spanning Tree Clasico y Rapid Spanning Tree puedes consultar el siguiente documento