(T) Teoria protokołu MST*

Teoria protokołu MST

Historia protokołu MST

• Historycznie ustandaryzowana wersja protokołu MST (802.1s), wywodzi się z wstępnej wersji protokołu MISTP stworzonej przez firmę Cisco. W przeciwieństwie do protokołu MST wysyłała ona niezależne widomości BPDU dla każde ze skonfigurowanych instancji MSTI.

Podstawowe informacje na temat protokołu MST

• Opiera swoje działanie na protokole RSTP.
• Jest wstecznie kompatybilny z protokołami CST, RSTP jak i PVST+.

Budowa wiadomości BPDU protokołu MST

• Wiadomość BPDU protokołu MST składa się z dwóch części – Podstawowej przenoszącej informacje protokołu RSTP dla domyślnej instancji IST (MSTI 0) jak i rozszerzonej (MST Extension) zawierającej informacje protokołu RSTP względem poszczególnych instancji MSTI (MST 1,2…n). Poszczególne pola BPDU MST Extension wyglądają następująco:
  • MST Config ID Format Selector (1 Byte).
  • MST Config Name (32 Bytes) – Określa nazwę danego regionu MST.
  • MST Config Revision (2 Bytes) – Określa wartość Revision Number danego regiony MST.
  • MST Config Digest (16 Bytes) – Określa wartość, identyfikującą dany region MST (Suma kontrolna).
  • CIST Internal Root Path Cost (4 Bytes).
  • CIST Bridge Identifier (8 Bytes).
  • CIST Remaining Hops (1 Byte).
  • MSTI Instance-ID (16 Bytes) – Określa konfigurację protokołu RSTP względem danej instancji MSTI.
    • MSTI Flags (1 Byte) – Określa flagi protokołu RSTP względem danej instancji MSTI.
    • MSTID (2 Bytes) – Określa wartość Revision Number względem danej instancji MSTI.
    • Regional Root (6 Bytes) – Określa adres MAC root-a, danej instancji MSTI.
    • Internal Root (4 Bytes) – Określa koszt dotarcia do root-a względem danej instancji MSTI.
    • Bridge Identifier Priority (1 Byte).
    • Port Identifier Priority (1 Byte).
    • Remaining Hops (1 Byte).

Wiadomości BPDU protokołu MST są oznaczone numerem „Protocol Version Identifier” 3 (STP 0, RSTP 2, MST 3).

Wszelkie zmiany dotyczące czasów protokołu RSTP mogą być dokonane jedynie względem głównej instancji IST.

W przypadku interfejsów dostępowych (Access) wiadomości BPDU protokołu MST, będą zawierały informację dotyczące instancji MSTI, do której należy sieć VLAN przypisana do określonego interfejsu jak i informacje dotyczące głównej instancji IST (MSTI 0).

Regiony MST (MST Regions)

• Protokół MST opiera swoje działanie na regionach – Aby przełącznik mógł należeć do tego samego regionu, następujące wartości muszą się zgadzać (Na podstawie poniższych atrybutów wyliczana jest wartość „MST Config Digest”):
  • MST Configuration Name (32 znaki).
  • MST Configuration Revision Number (od 0 do 65535).
  • MST Instance-to-VLAN Mapping Table (4094).

Protokół MST w zależności od platformy sprzętowej może wspierać do 16 bądź więcej instancji protokołu MST.

• Pojęcia dotyczące regionów protokołu MST:
  • IST (Internal Spanning Tree) – Definiuje domyślną instancję protokołu MST (MSTI 0).
  • MSTI (MST Instance)– Definiuje pojedynczą instancję protokołu MST, mapowaną do pojedynczej domyślnej instancji IST (Domyślna instancji MST 0 nie zalicza się do groma instancji MSTI).
  • M-record – Pole wiadomości BPDU instancji IST zawierające informacje dotyczące zmapowanych instancji MSTI.
  • Boundary Switch – Przełącznik graniczny pomiędzy wieloma regionami protokołu MST.
  • CIST (Common and Internal Spanning Tree)– Główna między regionalna instancja protokołu MST.
• Zasięg regionów protokołu MST:
  • Intra Region – Wewnątrz jednego regionu protokołu MST, przełączniki mają pełen obraz topologii względem wszystkich skonfigurowanych instancji MSTI.
  • Inter Region – Poszczególne regiony MST znają jedynie swoją wewnętrzną strukturę, widząc inne regiony jako wirtualne instancje protokołu MST (Virtual Bridges). W takiej sytuacji kalkulacja sieci wolnej od pętli, wymaga elekcji Inter-regionalnego Root-a oraz określenia stanu połączeń pomiędzy regionami (Komunikacja pomiędzy regionami odbywa się jedynie za pośrednictwem Intra-regionalnego root-a).

Poszczególne instancję MSTI, są przypisane do pojedyńczego regionu MST (Jak i głównej instancji IST), tym samym nie mają żadnego wpływu na inne instancje pochodzące z innych regionów protokołu MST.

Podstawowe zasady dotyczące komunikacji między regionalnej

• Instancja CIST łączy ze sobą wszystkie regiony protokołu MST, prowadząc własną elekcję przełącznika pełniącego rolę root-a (CIST Root) jak i określając role poszczególnych interfejsów łączących przełączniki graniczne (Boundary Switch).
• Oprócz elekcji głównego root-a całej instancji CIST, protokół MST prowadzi niezależne, wewnętrzne elekcje dla każdego regionu z osobna. Role root-a wewnątrz regionu przejmuje lokalny root głównej instancji IST (CIST Regional Root).

Wsteczna kompatybilność protokołu MST

• W przypadku wykrycia wiadomości BPDU w wersji innej niż MST, interfejs sieciowy zostaje przeniesiony w tryb zgodności z wykrytym protokołem STP. W takim przypadku główna instancja IST przejmuje rolę nadrzędną podporządkowując sobie resztę skonfigurowanych instancji protokołu MST. Przykładowo jeżeli interfejs sieciowy głównej instancji IST działa w trybie Blocking Port, to użycie wskazanego trybu zastanie również wymuszone na innych instancjach MSTI względem określonego interfejsu sieciowego.
• W przypadku łączenie topologii protokołu MST z innymi protokołami STP, może dojść do elekcji dwóch przełączników pełniących rolę root-a, bądź też rolę te będzie sprawował jeden przełącznik.
  • Main Root Bridge (Root for entire CST and IST) – Przełącznik wybrany jako root dla całej topologii sieci MST & STP.
  • CIST Regional Root (Root only for IST) – Przełącznik wybrany jako root wewnątrz głównej instancji IST.

Obydwie rolę mogą być pełnione przez jeden przełącznik, w sytuacji w której „Main Root Bridge” znajduje się w granicach głównej instancji IST protokołu MST (Wewnątrz głównej instancji IST role interfejsów są określane na podstawie lokalizacji przełącznika „CIST Regional Root”).

Interfejs sieciowy graniczący z innym protokołem STP, jest punktem granicznym danego regionu MST.

Wdrażanie protokołu MST

• Aby uniknąć problemów z wdrażaniem protokołu MST, proces ten powinien wyglądać następująco:
  1. Należy aktywować protokół VTP w wersji trzeciej, w celu automatycznej propagacji ustawień protokołu MST.
  2. Skonfigurować protokół MST na głównym serwerze (VTPv3 Primary MST Server).
  3. Aktywować protokół MST za pomocą komendy [spanning-tree mode mst].

W celu uniknięcie problemów z protokołem MST, związanych z blokowanie sieci VLAN na połączeniach Trunk-owych (VLAN Pruning), które w topologii zostały oznaczone jako połączenia aktywne (Root Port <-> Designated Port). Należy nie używać statecznego wykluczania sieci VLAN z połączeń Trunk-owych za pomocą komendy [switchport trunk allowed vlan vlan-ID].

Dodatkowe funkcje protokołu MST

STP Dispute

• Standardowa implementacja protokołu STP (802.1D), został wyposażony przez firmę Cisco w mechanizm Loopguard umożliwiający wykrycie ruchu jednostronnego „Unidirectional Link Detection”.
• Implementacja protokołu MST w systemie Cisco IOS, posiada podobną funkcjonalność, której działanie opiera się na wartości kontrolnej „Designated bit”. Przełącznik znajdujący się wyżej w strukturze sieci wysyła wiadomość „Superior BPDU” do swoich sąsiadów, jeżeli w podpowiedzi otrzyma wiadomość BPDU z ustawionym bitem „Designated bit”, uzna że ramka „Superior BPDU” nie dotarła do odbiorcy a tym samym połączenie pomiędzy przełącznikami działa jednostronnie, tak więc należy je zablokować.

Pozostałe tematy związane z protokołem STP

• Wprowadzenie do protokołu STP
• Stany i role Interfejsów STP
• Czasy protokołu STP
• Budowa wiadomości BPDU
• Zmiany zachodzące w topologii protokołu STP
• Funkcje specjalne / bezpieczeństwo protokołu STP
• Wprowadzenie do protokołu RSTP
• Tryby i stany pracy protokołu RSTP
• RSTP Convergence
• Teoria protokołu MST
• Troubleshooting protokołu STP
• Konfiguracja protokołu STP
• Konfiguracja protokołu MST
• Konfiguracja funkcji specjalnych protokołu STP