B2-04 Redondance de niveau 2 : STP et EtherChannel

1. Le problème : redondance et boucles

Un réseau sans chemin de secours dépend d'un seul câble, d'un seul port, d'un seul commutateur : c'est un point unique de défaillance. La solution évidente est de doubler les liens. Mais en couche 2, deux chemins entre deux commutateurs forment une boucle, et la trame Ethernet ne contient aucun compteur qui la ferait disparaître : contrairement au paquet IP et à son champ TTL, une trame peut tourner indéfiniment.

Une boucle provoque trois problèmes à la fois :

2. Le Spanning Tree : le principe

3. L'élection et les rôles des ports

STP construit son arbre en trois temps : il élit un pont racine, choisit sur chaque autre commutateur son meilleur chemin vers la racine, puis désigne un seul port actif par segment. Tout ce qui reste est bloqué.

3.1 L'identifiant de pont (BID)

Chaque commutateur possède un BID (Bridge ID) de 8 octets. Le plus petit BID gagne l'élection. On compare d'abord la priorité, puis, en cas d'égalité, l'adresse MAC.

3.2 Les trois temps du calcul

3.3 Coûts et rôles

• Pont racine (root bridge)Le commutateur au plus petit BID. Tous ses ports sont désignés. On le choisit soi-même : le commutateur de cœur, au centre du réseau.
• Port racine (root port)Sur chaque autre commutateur, le port au plus faible coût cumulé vers la racine. En cas d'égalité : plus petit BID voisin, puis plus petit numéro de port voisin.
• Port désigné (designated port)Sur chaque segment, le port qui transmet vers ce segment : celui du commutateur le plus proche de la racine.
• Port bloqué (alternate, ou non désigné)Ni racine ni désigné. Il ne transmet rien mais continue d'écouter les BPDU, prêt à prendre le relais.

4. États des ports et convergence : de STP à Rapid PVST+

Quand la topologie change (câble branché, lien coupé), un port ne passe pas directement en transmission : il doit d'abord vérifier qu'il ne crée pas de boucle. Le temps que met le réseau à retrouver un arbre stable s'appelle la convergence.

5. Accélérer et protéger : PortFast et BPDU Guard

Un port relié à un poste ne peut pas créer de boucle : il est inutile de lui faire subir les vérifications de STP. À l'inverse, un port de poste qui reçoit soudain des BPDU révèle un commutateur branché sans autorisation.

• PortFast (port « edge »)Le port passe immédiatement en transmission. Le poste obtient son adresse DHCP dès le démarrage, au lieu d'attendre 30 secondes. À n'activer que sur les ports des postes, des imprimantes et des serveurs.
• BPDU GuardSi un port PortFast reçoit un BPDU, il est aussitôt coupé : état err-disabled. On le réactive avec shutdown puis no shutdown, une fois l'appareil indésirable retiré.
• Root GuardEmpêche un port de devenir port racine : un commutateur branché derrière ne pourra jamais prendre la place de la racine. Utilisé sur les ports vers les commutateurs d'accès.

6. EtherChannel : plusieurs câbles, un seul lien

Avec STP seul, le second câble reste bloqué : il ne sert qu'en cas de panne. EtherChannel regroupe plusieurs liens physiques identiques en un seul lien logique, le Port-channel. STP ne voit qu'un lien : rien n'est bloqué, la bande passante s'additionne, et la perte d'un câble ne coupe rien.

6.1 Les protocoles de négociation

7. Configurer et vérifier sur Cisco

7.1 Lire show spanning-tree

SW2# show spanning-tree vlan 30
VLAN0030
  Spanning tree enabled protocol rstp
  Root ID    Priority    4126
             Address     0001.4211.A101
             Cost        4
             Port        25 (GigabitEthernet0/1)
  Bridge ID  Priority    8222  (priority 8192 sys-id-ext 30)
             Address     0060.70C3.B202

Interface        Role Sts Cost      Prio.Nbr Type
---------------- ---- --- --------- -------- ------------------
Fa0/1            Desg FWD 19        128.1    P2p Edge
Gi0/1            Root FWD 4         128.25   P2p
Po1              Altn BLK 12        128.27   P2p

• Root IDLe pont racine vu par SW2 : priorité 4096 + 30 (VLAN) = 4126, et son adresse MAC (celle de SW1). Cost 4 : coût de SW2 jusqu'à la racine. Port : son port racine.
• Bridge IDL'identifiant de SW2 lui-même. Si Root ID et Bridge ID sont identiques, le commutateur affiche « This bridge is the root ».
• Role / StsRôle (Root, Desg, Altn, Back) et état (FWD transmet, BLK ou DSC ne transmet pas, LRN apprend).
• Cost et TypeCoût du port (19 pour FastEthernet, 4 pour Gigabit, 12 pour un Port-channel de deux FastEthernet). Edge = PortFast actif.

Ici, SW2 rejoint la racine par G0/1 (coût 4) plutôt que par le Port-channel (coût 12) : Po1 est en secours (Altn BLK). Si G0/1 tombe, Po1 passe en transmission en moins d'une seconde.

7.2 Lire show etherchannel summary

Flags:  D - down        P - bundled in port-channel
        I - stand-alone s - suspended
        S - Layer2      U - in use
Number of channel-groups in use: 1
Group  Port-channel  Protocol    Ports
------+-------------+-----------+---------------------
1      Po1(SU)       LACP        Fa0/23(P)  Fa0/24(P)

Po1(SU) : canal de niveau 2, en service. (P) derrière chaque port : membre actif du canal. Un (s) (suspendu) ou (I) (isolé) signale un port qui n'a pas pu rejoindre le canal.

8. Dépanner

8.1 Entraîne-toi : les tickets du support

Tu es de permanence au support de Brocéliande Logistique. Six tickets arrivent les uns après les autres : lis le message, observe le relevé, puis choisis la cause.

SW1# show interfaces status err-disabled
Port    Name    Status        Reason
Fa0/8           err-disabled  bpduguard

SW1# show run interface fa0/23 | include channel
 channel-group 1 mode passive
SW2# show run interface fa0/23 | include channel
 channel-group 1 mode passive

Group  Port-channel  Protocol    Ports
1      Po1(SU)       LACP        Fa0/23(P)  Fa0/24(s)
SW2# show run interface fa0/24
 switchport access vlan 998
 channel-group 1 mode active

SW1# show spanning-tree vlan 30 | include Root|Priority
  Root ID    Priority    32798
             Address     0001.0001.0001
  Bridge ID  Priority    32798

SW1# show spanning-tree interface fa0/9 detail | include portfast
 (aucune ligne)

Interface   Role Sts Cost
Gi0/1       Root FWD 4
Po1         Altn BLK 12

9. À l'examen et en entreprise

10. L'essentiel

1. Doubler les liens supprime le point unique de défaillance, mais crée une boucle de couche 2 : la trame n'a pas de TTL.
2. Une boucle provoque tempête de diffusion, trames en double et table MAC instable.
3. STP (802.1D) garde les câbles mais bloque logiquement les ports en trop, et les débloque en cas de panne.
4. Le pont racine est le commutateur au plus petit BID (priorité, puis MAC) ; on le fixe soi-même (priority 4096).
5. Un port racine par commutateur (coût le plus faible), un port désigné par segment, les autres sont bloqués.
6. Coûts : 100 Mbit/s = 19, 1 Gbit/s = 4 ; on additionne jusqu'à la racine.
7. RSTP converge en moins d'une seconde ; Cisco l'applique par VLAN avec Rapid PVST+.
8. PortFast sur les ports des postes, avec BPDU Guard qui coupe le port s'il reçoit un BPDU.
9. EtherChannel regroupe des liens identiques en un Port-channel que STP voit comme un seul lien.
10. LACP : au moins un côté active ; mêmes vitesse, mode, VLAN autorisés et natif sur tous les ports.

Les commandes clés

Tout cela tient sur une page : utilise le bouton Mémo à imprimer en haut de la fiche.

11. Quiz noté

12. Exercices : à toi de répondre

Écris ta réponse sous chaque énoncé et envoie-la à ton professeur. Quand il l'a validée, le corrigé s'affiche à la place du cadenas ; s'il te la renvoie « à revoir », lis son commentaire et corrige.

13. Fil rouge : un second chemin entre les bureaux et l'entrepôt