bab 5: layer 2 switching and spanning tree...

BAB 5:

LAYER 2 SWITCHING AND

SPANNING TREE PROTOCOL

(STP)

Cisco Certified Network Associate R&SReza Aditya Firdaus

Review Layer 2 Switching

Tujuan penggunaan switching

Memisahkan Collision Domain

Cost-effective dan memperkuat internetworking

Penggunaan STP (Spanning Tree Protocol)

Mencegah loop pada layer 2 switching

Sebelum Layer 2 Switching

Penerapan Switch pada LAN

Design Khas Switch

Satu link Switch ke Server

Manfaat Switch

Layer 2 Switching dapat menyediakan:

Hardware-Based Bridging (ASIC) – An Application-SpesificIntegrated Circuit

Tidak seperti Bridge yang menggunakan software untuk membuatdan memelihara FILTER TABLE

Wired Speed: dimana Switch membuat private ataudedicated Collision Domain dan menyediakan independenbandwith pada setiap port, tidak seperti Hub

Low Latency: Tidak ada modifikasi data paket, karenaperangkat hanya membaca Frame menyebabkan prosesswitching lebih cepat dan kecil kemungkinan eror

Low Cost

Kelemahan Layer 2 Switching

Harus benar dalam memisahkan (break up) Collision Domain dan Broadcast Domain

Anda harus mengetahui bahwa setiap port pada Switch atau Bridge memisahkan Collision Domain setiap portnya, namun masih memiliki satu BROADCAST DOMAIN yang besar.

Pastikan user anda menghabiskan resource 80% dalamsegmen local

Switch tidak bisa memisahkan Broadcast Domain secaradefault. Namun bisa memisahkan Broadcast Domain jika dibutuhkan dengan menggunakan teknik tertentu

Perbandingan Bridge & Switch

Bridge berbasis software, sementara Switch berbasishardware dengan menggunakan ASIC untuk membantumelakukan filtering.

Switch bisa dikatakan multi-port Bridge

Pada bridge hanya mungkin ada satu Spanning-Tree, sementara Switch memiliki banyak

Switch memiliki port lebih banyak dari pada Bridge

Bridge dan Switch membaca MAC Address denganmemeriksa alamat asal dari setiap frame yang diterima

Bridge dan Switch melakukan Forwarding berbasisalamat layer 2

Fungsi Layer 2 Switch

Address Learning – Layer 2 Switch atau Bridge mengingatSource Hardware Address setiap frame yang diterimapada sebuah interface, kemudian memasukkan informasitersebut kedalam MAC Database yang disebutForward/Filter Table

Forwarding/Filter Decision – Ketika sebuah frame diterimapada sebuah interface, switch mencari Destination Hardware Address dan mencari interface keluaran padaMAC Database. Frame hanya di forward keluar melalui port tujuan yang spesifik.

Loop Avoidance – Jika Multiple koneksi antar switch dibentuk untuk tujuan redundancy, maka Loop akan terjadidi jaringan. Spanning Tree Protocol (STP) akan digunakanuntuk mencegah Loop tersebut namun redundacy masihtetap berjalan.

Penerapan Switch dan Brige pada

Jaringan

Melakukan pembacaan alamat

Melakukan forward atau filter

Mencegah Loop di jaringan

Teknik Transmit Frame

Cut-Through

• Switch memeriksa destination

address dan sesegera mungkin

melakukan forwarding frame.

Fragment-Free

• Switch memeriksa 64 bytes pertama,

kemudian sesegera mungkin

melakukan forwarding frame.

Store and Forward

• Data utuh diterima dulu dan

memeriksanya sebelum di-forwarding.

MAC Address Table

Pada awalnya ketika Switch pertama kali dinyalakanMAC Address Table masih kosong

Pembacaan Address

PC-A mengirim sebuah frame ke PC-C

Switch menyimpan MAC Address PC-A pada port E0 setelah membaca Source Address dari data frame

Frame dari PC-A ke PC-C dialirkan keluar ke semua port kecuali port E0

Pembacaan Address

PC-D mengirim sebuah frame ke PC-C

Switch menyimpan MAC Address PC-D pada port E3 setelah membaca Source Address dari data frame

Frame dari PC-D ke PC-C dialirkan keluar ke semuaport kecuali port E3

Filter Frame

PC-A mengirim sebuah frame ke PC-C

Tujuan sudah diketahui, maka frame tidak akandialirkan ke port yang tidak membutuhkan

Filter Frame

PC-A mengirim frame ke PC-B

Switch memiliki alamat dari PC-B pada MAC Address Table

Maka Frame akan dikirim langsung ke PC-B

Broadcast dan Multicast Frame

PC-D mengirim sebuah broadcast atau multicast frame

Broadcast dan multicast frame dialirkan ke semua port

kecuali port asal frame

Teknologi Interkoneksi

Technology Use

Fast Ethernet Menghubungkan perangkatend-user ke Switch Access

Gigabit Ethernet Menghubungkan Switch Access ke Distribution Switch atau dari Server ke Switch

10-Gigabit Ethernet

Menyediakan high-speed switch ke switch links, backbones

EtherChannel Menyediakan high-speed switch ke switch links, backbones dengan fiturredundancy

Penentuan Perangkat dan

Pengkabelan

Memastikan setiap link

menyediakan bandwith

yang memadai untuk total

aggregate (keseluruhan)

traffic melalui link

Keuntungan penggunaan EtherChannel

Logical Aggregation darilink antar switch yang sama

Load-Share antar link

Digambarkan sebagai satulogical port ke STP

Redundancy

Topologi Redundant

Redundant Topology digunakan untuk mengurangaikegagalan pada satu perangkat (single point of failure)

Redundant Topology menyebabkan Broadcast Storm, Multiple Frame Copy, dan MAC Address Table yang tidakstabil

Review Broadcast Frame

PC-D mengirim sebuah Broadcast Frame

Broadcast Frame dialirkan ke semua port kecualiport asal frame

Broadcast Storm

Host X mengirimkan sebuah broadcast

Switch secara terus menerus mempropagasikanbroadcast traffic

Multiple Frame Copies

Host X mengirimkan sebuah unicast frame ke Router Y

MAC Address dari Router Y belum dibaca oleh Switch

Router Y akan menerima dua copy frame yang sama

MAC Database Instability

Host X mengirim sebuah unicast frame ke Router Y

MAC Address dari Router Y belum dibaca oleh Switch

Switch A dan B membaca MAC Address dari Host X padaport 1

Frame kemudian dialirkan ke Router Y

Switch A dan B tidak benar membaca MAC Address dariHost X pada port 2

Spanning Tree Protocol (STP)

Digunakan untuk menghentikan Loop yang terjadi padajaringan Layer 2 (Bridge atau Switch)

Tugas utama STP adalah waspada dengan memonitorjaringan untuk menemukan semua link, memastikan bahwatidak ada terjadi Loop pada setiap link yang redundacy

Menggunakan Spanning-Tree Algoritma (STA), pertamadengan menbuat Topology Database kemudian mencari danmematikan Redundant Link

Merupakan standard IEEE 802.1D

Lebih Enhanced implementasi menggunakan Cisco PVST+

Terminologi Spanning Tree

Root bridge – Merupakan bridge (switch) denganBridge ID terbaik.

Bridge Protocol Data Unit (BPDU) – Semua switch saling bertukar informasi untuk menentukan Root Bridge (Switch) menggunakan BPDU

Bridge ID

Digunakan untuk mempermudah STP melacak semua Switch di jaringan.

Secara default Cisco memiliki Priority 32,768 untuk semuaSwitch.

Bridge (switch) dengan Bridge ID terendah akan menjadiRoot Bridge di jaringan (Parameternya: MAC Addres)

Terminologi Spanning Tree

Nonroot bridges

Semua Bridge (switch) yang non-Root Bridge

Non-Root Bridge saling bertukar informasi BPDU dan

saling update STP Topology Database

Port Cost

Menentukan PATH terbaik ketika multiple link

digunakan antar dua switch

Port Cost ditentukan oleh Bandwith dari interface

Terminologi Spanning Tree

Root Port

Root Port adalah link yang selalu terhubung langsungdengan Root Bridge atau PATH terpendek ke Root Bridge

Jika lebih dari satu koneksi ke Root Bridge maka Port Cost akan menjadi penentu dengan memeriksaBandwith setiap link

Port Cost paling kecil akan menjadi Root Port

Jika Multiple Link memiliki cost yang sama maka Bridge dengan Bridge ID terkecil akan digunakan sebagaipembanding atau nomor port terkecil akan digunakansebagai Root Port

Terminologi Spanning Tree

Designated Port – adalah port yang ditentukan telahmemiliki Cost terkecil. Designated Port ini akan ditandaisebagai Forwarding Port

Nondesignated Port – adalah port yang memiliki kosttertinggi dari Designated Port. Port ini akan ditetapkansebagai Blocking Mode sehingga tidak akan menjadiForwarding Port

Forwarding Port – merupakan port yang akanmemforward frame

Block Port – adalah port yang di block untuk mencegahloop, tidak akan menforward frame tetapi tetapmendengar frame (STP Advertisement)

Spanning Tree Path Cost

Link SpeedCost (New IEEE

Specification)Cost (Old IEEE Specification)

10 Gb/s 2 1

1 Gb/s 4 1

100 Mb/s 19 10

10 Mb/s 100 100

Operasi pada STP

Pemilihan Root Bridge

Bridge ID digunakan untuk memilih Root Bridge pada STP Domain dan menentukan Root Port pada setiap perangkat dalam STP Domain

ID ini dengan panjang 8 Byte termasuk didalamnya Priority danMAC Address perangkat

Default Priority semua perangkat yang menjalankan STP adalah32,768

Untuk Menentukan Root Bridge, anda dapat mengkombinasikanPriority setiap Bridge dan MAC Addressnya

Jika dua Switch atau Bridge memiliki nilai priority yang sama, maka MAC Address akan menjadi acuan yang mana yang paling terdendah

Anda dapat mengganti Bridge ID dengan merendahkan priority sehingga menjadi Root Bridge secara otomatis

Operasi pada STP

Aturan pemilihan

Satu Root Bridge per Broadcast Domain

Satu Root Port per Non-Root Bridge

Satu Designated Port per segment

Non-Designated Port tidak digunakan (blocking)

Pemilihan STP Root Bridge

BPDU (secara default = dikirim setiap 2 detik)

Root Bridge = Bridge dengan Bridge ID terendah

Bridge ID = Bridge

Priority

MAC

Address

Spanning Tree Port-State

Blocking – Sebuah block port tidak akan menforwardframe; hanya mendengar BPDU. Tujuannya untuk mencegahloop

Listening – Port mendengar BPDU untuk menjamin tidakada terjadi loop di jaringan sebelum data dialirkan. Listening State mempersiapkan untuk menforward data frame sebelum mempopulasi MAC Address Table.

Learning – Switch Port mendengar BPDU dan membaca(learn) semua path dalam jaringan. Sebuah port padaLearning State mempopulasi MAC Address Table tapi belummemforward data frame.

Forwarding – Port mengirim dan menerima semua data frame pada Bridge Port

Disable – Sebuah port Disable State (Administratively) tidak berpartisipasi dalam STP

Spanning Tree Port-State

Spanning Tree transit pada setiap port melalui beberapastate yang berbeda sebelum menjadi Forwading

Konvergensi STP

Konvergensi terjadi ketika semua port pada Bridge atau Switch melakukan transisi baik itu ke forwarding maupun blocking

Tidak ada data yang akan di forward hinggakonvergensi selesai

Ketika STP sedang konvergensi, semua Host akanberhenti men-transmit data

Convergensi benar-benar penting karena menjaminbahwa semua perangkat memiliki database yang sama

Biasanya butuh 50 detik untuk melakukan transisi dariBlocking ke Forwarding

Spanning Tree PortFast

PortFast dikonfigurasi pada port akses, tidak padatrunk

Konfigurasi dan Verifikasi PortFast

SwitchX(config-if)#spanning-tree portfast

Konfigurasi PortFast pada interface

Aktifasi PortFast pada semua non-trunking interfaces

SwitchX#show running-config interface interface

Verifikasi PortFast bahwa sudah dikonfigurasi pada sebuah interface

ATAU

SwitchX(config)#spanning-tree portfast default

Contoh #1 Spanning Tree

Contoh #1 Spanning Tree

Spanning Tree Re-Kalkulasi

Contoh #2 Spanning Tree

Cisco dan STP Variant

Rapid Spanning Tree Protocol

Merupakan evolusi dari Spanning Tree Protocol (802.1W Standard)

Memberikan konvergensi spanning tree lebih cepatsetelah terjadi perubahan topologi

Standarisasi juga mencakup kesetaraan fitur denganCisco PortFast

Rapid Spanning Tree Protocol

Per VLAN Spanning Tree

Digunakan memelihara sebuah Spanning Tree Instance untuk setiap VLAN yang dikonfigurasi di jaringan

Menggunakan ISL trunking dan memungkinkan sebuahVLAN trunk untuk memforward beberapa VLAN danmemblokir untuk VLAN lainnya

Sejak PVST memperlakukan setiap VLAN sebagaijaringan yang terpisah, ia memiliki kemampuan untukmelakukan load balancing trafik (pada Layer-2) dengan mem-forward beberapa VLAN pada satu Trunk dan VLAN lainnya pada Trunk lain tanpa menyebabkansebuah loop Spanning Tree.

Per VLAN Spanning Tree Plus (+)

PVST+ menyediakan kemampuan fungsionalitas yang sama dengan PVST menggunakan 802.1Q Trunking

PVST+ sebuah enhancement 802.1Q dan tidakmendukung perangkat Non-Cisco

PVST+ Extended Bridge ID

Bridge ID without the

extended system ID

Extended bridge ID

with system ID

System ID = VLAN

PVRST+ Konfigurasi Guideline

1. Mengaktifkan PVRST+ (rapid-PVST+)

2. Menunjuk dan mengkonfigurasi Switch sebagai

Root Bridge

3. Menunjuk dan mengkonfigurasi Switch sebagai

Secondary Root Bridge

4. Verifikasi konfigurasi

Implementasi PVRST+

SwitchX(config)#spanning-tree mode rapid-pvst

Konfigurasi PVRST+

SwitchX#show spanning-tree vlan vlan# [detail]

Verifikasi konfigurasi spanning-tree

SwitchX#debug spanning-tree pvst+

Melihat PVST+ event debug messages

Verifikasi PVRST+

The spanning-tree mode di-set ke PVRST.

SwitchX# show spanning-tree vlan 30

VLAN0030

Spanning tree enabled protocol rstp

Root ID Priority 24606

Address 00d0.047b.2800

This bridge is the root

Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec

Bridge ID Priority 24606 (priority 24576 sys-id-ext 30)

Address 00d0.047b.2800

Hello Time 2 sec Max Age 20 sec Forward Delay 15 sec

Aging Time 300

Interface Role Sts Cost Prio.Nbr Type

-------- ----- --- --- -------- ----

Gi1/1 Desg FWD 4 128.1 P2p

Gi1/2 Desg FWD 4 128.2 P2p

Gi5/1 Desg FWD 4 128.257 P2p

Konfigurasi Root dan Secondary

Bridges

Konfigurasi Root dan Secondary

Bridges: Switch A

SwitchA(config)#spanning-tree vlan 1 root primary

Perintah ini akan memaksa Switch menjadi root untuk VLAN 1.

SwitchA(config)#spanning-tree vlan 2 root secondary

Perintah ini mengkonfigurasi switch menjadi secondary root untuk VLAN 2.

ATAU

SwitchA(config)#spanning-tree vlan # priority priority

Perintah ini secara statis mengkonfigurasi Priority(kelipatan 4096).

Konfigurasi Root dan Secondary

Bridges: Switch B

SwitchB(config)#spanning-tree vlan 2 root primary

Perintah ini akan memaksa Switch menjadi root untuk VLAN 2.

SwitchB(config)#spanning-tree vlan 1 root secondary

Perintah ini mengkonfigurasi switch menjadi secondary root untuk VLAN 1.

ATAU

SwitchB(config)#spanning-tree vlan # priority priority

Perintah ini secara statis mengkonfigurasi Priority (increments of 4096).

TERIMA KASIH