Introducción del protocolo de árbol de expansión (STP)

En una LAN, se agregan enlaces redundantes para mejorar la disponibilidad de la red LAN. Pero estos enlaces redundantes pueden hacer que la trama entre en un bucle en la red durante un tiempo infinito hasta que se tome alguna acción, por ejemplo, se desactiven algunos enlaces. Para hacer frente al problema del bucle de tramas, entra en juego el Protocolo de árbol de expansión (STP).

Necesidad de árbol de expansión:
Considere el siguiente escenario con 3 conmutadores con un usuario conectado a cada conmutador.

Figura: bucle de trama en LAN

Arvind envía una trama de transmisión a la LAN y, como la naturaleza de la trama del conmutador, se envía desde otros puertos (Gi0/1 y Gi0/2) excepto el puerto de recepción (Fa0/3). Ahora, este marco va a SW2, SW2 también transmite el marco desde los puertos Gi0/2 y Fa0/2. SW1 recibe la trama en sus puertos Gi0/1. SW1 también transmite el cuadro, luego este cuadro va a SW3 y continúa la transmisión del cuadro. Recuerde que esta transmisión de trama también ocurre en otra dirección desde SW3 fuera del puerto Gi0/1. El bucle de trama discutido arriba era de los puertos Gi0/2 de SW3. Puedes imaginar la inundación de marcos en esa pequeña LAN. Este bucle continuo de tramas alrededor de la LAN se denomina tormenta de difusión .

Este bucle de marcos causa tres problemas como se indica a continuación:

1. Inestabilidad de la tabla MAC:
   debido al bucle del marco alrededor de la LAN, la tabla MAC del conmutador se cambia con frecuencia. El bucle provoca entradas incorrectas en la tabla MAC, lo que da como resultado una entrega de tramas incorrecta.
2. Tormenta de difusión:
   el reenvío repetido de tramas alrededor de los enlaces en LAN provoca el uso ineficiente de los enlaces.
3. Transmisión de cuadros múltiples:
   un efecto negativo muy grave del bucle es que se entregan varias copias del mismo cuadro al host. Este proceso dejó al anfitrión confundido.

¿Cómo ayuda el protocolo de árbol de expansión?
El protocolo de árbol de expansión evita el bucle de tramas alrededor de la LAN al colocar los puertos del conmutador en estado de reenvío o bloqueo . Las interfaces (puertos de conmutador) que están en estado de reenvío actúan normalmente, pero las interfaces en estado de bloqueo no procesan ninguna trama recibida, excepto los mensajes STP y otros gastos generales importantes. Las interfaces de bloqueo no aprenden las direcciones MAC, no reenvían tramas y no procesan las tramas recibidas.
Ahora, si volvemos a considerar el escenario discutido anteriormente con la interfaz Gi0/2 de SW3 en estado de bloqueo.

Figura: prevención de bucles de tramas por STP

• Arvind envía la trama a SW3.
• SW3 reenvía la trama solo al puerto Gi0/1 ya que el puerto Gi0/2 está en estado de bloqueo.
• Ahora SW1 recibe la trama y la reenvía a las interfaces Fa0/1 y Gi0/1.
• SW2 recibe la trama y la reenvía a las interfaces Fa0/2 y Gi0/1.
• SW3 recibirá el marco en la interfaz Gi0/2 pero ignora el marco ya que está en estado de bloqueo.

De esta forma, se puede evitar el bucle de tramas alrededor de la LAN mediante el uso de STP.