Protocolos de enlace VLAN

Durante todo el proceso de configuración y funcionamiento de una VLAN es necesaria la participación de una serie de protocolos entre los que destacan el IEEE 802.1Q, STP y VTP (cuyo equivalente IEEE es GVRP). El protocolo IEEE 802.1Q se encarga del etiquetado de las tramas que es asociada inmediatamente con la información de la VLAN. El cometido principal de Spanning Tree Protocol (STP) es evitar la aparición de bucles lógicos para que haya un sólo camino entre dos nodos. VTP (VLAN Trunking Protocol) es un protocolo propietario de Cisco que permite una gestión centralizada de todas las VLAN.

El protocolo de etiquetado IEEE 802.1Q es el más común para el etiquetado de las VLAN. Antes de su introducción existían varios protocolos propietarios, como el ISL (Inter-Switch Link) de Cisco, una variante del IEEE 802.1Q, y el VLT (Virtual LAN Trunk) de 3Com. El IEEE 802.1Q se caracteriza por utilizar un formato de trama similar a 802.3 (Ethernet) donde solo cambia el valor del campo Ethertype, que en las tramas 802.1Q vale 0x8100, y se añaden dos bytes para codificar la prioridad, el CFI y el VLAN ID. Este protocolo es un estándar internacional y por lo dicho anteriormente es compatible con bridges y switches sin capacidad de VLAN.

Las VLAN y Protocolos de Árbol de Expansión. Para evitar la saturación de los switches debido a las tormentas broadcast, una red con topología redundante tiene que tener habilitado el protocolo STP. Los switches intercambian mensajes STP BPDU (Bridge Protocol Data Units) entre sí para lograr que la topología de la red sea un árbol (no tenga enlaces redundantes) y solo haya activo un camino para ir de un nodo a otro. El protocolo STP/RSTP es agnóstico a las VLAN, MSTP (IEEE 802.1Q) permite crear árboles de expansión diferentes y asignarlos a grupos de las VLAN mediante configuración. Esto permite utilizar enlaces en un árbol que están bloqueados en otro árbol.

En los dispositivos Cisco, VTP (VLAN trunking protocol) se encarga de mantener la coherencia de la configuración VLAN por toda la red. VTP utiliza tramas de nivel 2 para gestionar la creación, borrado y renombrado de las VLAN en una red sincronizando todos los dispositivos entre sí y evitar tener que configurarlos uno a uno. Para eso hay que establecer primero un dominio de administración VTP. Un dominio VTP para una red es un conjunto contiguo de switches unidos con enlaces trunk que tienen el mismo nombre de dominio VTP.

Los switches pueden estar en uno de los siguientes modos: servidor, cliente o transparente. «Servidor» es el modo por defecto, anuncia su configuración al resto de equipos y se sincroniza con otros servidores VTP. Un switch en modo cliente no puede modificar la configuración VLAN, simplemente sincroniza la configuración sobre la base de la información que le envían los servidores. Por último, un switch está en modo transparente cuando solo se puede configurar localmente pues ignora el contenido de los mensajes VTP.

VTP también permite «podar» (función VTP pruning), lo que significa dirigir tráfico VLAN específico solo a los conmutadores que tienen puertos en la VLAN destino. Con lo que se ahorra ancho de banda en los posiblemente saturados enlaces trunk.

Uno de los peores problemas que puede presentarse para un Switch es cuando escucha la misma dirección MAC (Medium Access Control) por dos interfaces físicas diferentes, este es un bucle que en principio, no sabría como resolver.²​ Este problema si bien parece poco probable que pueda ocurrir, en realidad en redes grandes al tener cientos o miles de cables (muchos de ellos para redundancia), este hecho es tan sencillo como conectar el mismo cable en diferentes patch pannels que cierran un lazo sobre el mismo dispositivo, y en la realidad ocurre con cierta frecuencia, mayor, en la medida que más grande sea la red LAN. También es un hecho concreto cuando el cableado se diseña para poseer caminos redundantes, justamente para incrementar la disponibilidad de la red.
Cuando físicamente se cierra un bucle, la topología pura de red “Jerárquica” deja de serlo y se convierte en una red “Malla”. Para tratar este problema el protocolo Spanning Tree crea una red “Jerárquica lógica (árbol Lógico)” sobre esta red “Malla Física”. Este protocolo crea “Puentes” (bridges) de unión sobre estos enlaces y define a través de diferentes algoritmos que se pueden configurar, cuál es el que tiene mayor prioridad, este puente de máxima prioridad lo denomina “Root Bridge” (o Puente Raíz) y será el que manda jerárquicamente las interfaces por las cuáles se separarán los diferentes dominios de colisión. Todo el control de STP se realiza mediante tramas llamadas BPDU (Bridge Protocol Data Unit) que son las que regulan los diferentes dominios de colisión . El parámetro que define esta jerarquía es el BID (Bridge Identifier) que está compuesto por el Bridge Priority + dirección MAC. El Bridge Priority es un valor configurable que por defecto está asignado en 32768.

En general este protocolo se configura de forma automática, y se basa en el orden de encendido de los diferentes Switchs de la red, siendo el primero que se pone en funcionamiento el que se auto designa “Root Bridge”, pero por supuesto se puede realizar de forma manual.

Cada switch reemplaza los BID de raíz más alta por BID de raíz más baja en las BPDU. Todos los switches que reciben las BPDU determinan en sus tablas que el switch que cuyo valor de BID es el más bajo será “su” puente raíz, y a su vez envían nuevas BPDU hacia sus otras interfaces con un ID más alto, incrementando el parámetro “Root Path Cost” (Que veremos en el ejemplo que sigue) informando con esta nueva BPDU a todo dispositivo que esté conectado físicamente a él cómo debe ir armándose este árbol . Si se desea configurar de forma manual, el administrador de red puede establecer jerarquía que desee configurando la prioridad de switch que sea “Root Bridge” en un valor más pequeño que el del valor por defecto (32768, todo valor debe ser múltiplo de 4096), lo que hace que este BID sea más pequeño y a partir de este “root” puede configurar la jerarquía o árbol si lo desea, o también al reconocer los demás switch a este “root”, de forma automática pueden generar el resto del árbol.

En las grandes redes actuales, se suelen establecer importantes relaciones entre las VLANs y el Core de las redes, donde el protocolo por excelencia suele ser MPLS (Multi Protocolo Label Switching)