RSTP y MRP dan redundancia a una red Ethernet en anillo o malla bloqueando un enlace para evitar bucles y habilitándolo cuando otro falla. Mientras la red se reconfigura se pierden tramas, durante milisegundos o más según la topología; por eso sirven para el bus de estación general, pero para GOOSE de disparo y valores muestreados se prefieren PRP o HSR, sin tiempo de recuperación.
Qué son STP, RSTP y MRP y sus normas
Una red Ethernet no tolera bucles: una trama de difusión que encuentra un lazo gira sin fin y satura la red en segundos. Pero un anillo o una malla son la forma natural de tener redundancia. Los protocolos de árbol de expansión resuelven el conflicto: bloquean lógicamente los enlaces sobrantes y los habilitan si otro falla.
- STP, el árbol de expansión original de IEEE 802.1D, tardaba del orden de 30 segundos en reconfigurarse.
- RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) nació como IEEE 802.1w y se integró en IEEE 802.1D-2004, que dejó obsoleto el STP clásico. Desde 2014, IEEE 802.1Q reemplaza a 802.1D; la edición vigente es 802.1Q-2022, que incluye también MSTP.
- MRP (Media Redundancy Protocol) es IEC 62439-2, cuya edición vigente es la 3.0 de 2021. Está pensado solo para anillos, con un comportamiento determinista.
Dónde se usan y por qué
En subestaciones e industria, RSTP es el protocolo de redundancia que casi todos los switches administrables traen. Se usa en el bus de estación de la arquitectura de comunicaciones de subestación para MMS, SCADA, ingeniería y video, y en redes de media tensión e industria donde la filosofía acepta una breve interrupción. MRP es frecuente en automatización industrial y en algunos anillos de subestación.
Para disparos por GOOSE y valores muestreados el problema es el tiempo de reconfiguración: mientras dura, se pierden tramas. Allí se prefieren PRP y HSR, que no tienen tiempo de recuperación.
Cómo funcionan
Elección del puente raíz. Los switches intercambian BPDU (bridge protocol data units) y eligen como raíz al de menor identificador, formado por una prioridad configurable (32768 por defecto, en pasos de 4096) y la dirección MAC. Cada switch calcula su camino de menor costo hacia la raíz.
Roles y estados. Cada puerto toma un rol: raíz, designado, alterno o de respaldo. Los alternos y de respaldo quedan en estado de descarte; los demás pasan por aprendizaje a envío. Los puertos de borde, hacia IED o computadores, pasan a envío de inmediato y no generan cambios de topología al subir o bajar.
Por qué RSTP es rápido. En enlaces punto a punto, RSTP no espera temporizadores: un switch propone y el vecino acepta (mecanismo de propuesta y acuerdo), y un puerto alterno ya calculado toma el lugar del raíz caído. Los temporizadores por defecto (hola de 2 s, edad máxima de 20 s) siguen existiendo para casos de respaldo. La edad máxima también limita el diámetro de la red: la edad de cada BPDU crece en cada salto y se descarta al superar el máximo, de modo que el número de puentes en un camino queda acotado (los fabricantes citan un máximo de 40 con la edad máxima más alta).
Tiempo de recuperación. En un anillo, la información de topología viaja salto a salto, así que el tiempo crece con el número de switches. Un estudio de un fabricante de switches de subestación midió, en anillos de 10, 15 y 20 switches, peores casos por debajo de 50, 75 y 100 ms. Los enlaces de cobre gigabit detectan la falla mucho más lento que los de fibra. Algunos fabricantes ofrecen variantes propias más rápidas, que solo funcionan entre equipos de la misma marca.
MRP. Un switch del anillo es el administrador (MRM) y los demás son clientes (MRC). El administrador bloquea uno de sus dos puertos y envía tramas de prueba por ambos. Si dejan de volver, abre el puerto bloqueado y avisa a los clientes para que vacíen sus tablas de direcciones. La norma define clases de tiempo de recuperación de 500, 200, 30 y 10 ms, y un anillo de hasta 50 equipos; las clases más rápidas exigen hardware que las soporte.
| Protocolo | Norma | Topología | Tiempo de recuperación |
|---|---|---|---|
| STP | IEEE 802.1D original | Anillos y mallas | Del orden de 30 s |
| RSTP | IEEE 802.1w, hoy dentro de IEEE 802.1Q-2022 | Anillos y mallas | Crece con el número de switches; un estudio midió peores casos por debajo de 50, 75 y 100 ms en anillos de 10, 15 y 20 switches |
| MRP | IEC 62439-2 | Solo anillos, hasta 50 equipos | Clases de 500, 200, 30 y 10 ms |
| PRP y HSR | IEC 62439-3 | Dos LAN o anillo | Sin tiempo de recuperación |
Configuración
- Puente raíz y respaldo definidos a propósito, en el punto de concentración del tráfico, con prioridades bajas; en un anillo, prioridades crecientes según la distancia a la raíz.
- Puertos de borde hacia IED, con protección que bloquee el puerto si recibe BPDU.
- Una sola versión del protocolo en toda la red: mezclar STP con RSTP hace perder la rapidez.
- Mismo criterio de costo de puerto en todos los switches.
- MRP y RSTP no comparten puertos: los puertos de anillo MRP descartan BPDU.
- Tamaño del anillo acotado según el tiempo de recuperación que admita la aplicación.
Seguridad
RSTP y MRP no autentican sus mensajes. Un equipo conectado a un puerto que acepta BPDU puede anunciarse como raíz y desviar el tráfico, o provocar reconfiguraciones repetidas. Por eso se protegen los puertos de borde, se cierran los puertos sin uso y se aplican las medidas de acceso de los switches. Las recomendaciones de IEC 62351 e IEC 62443 aplican a la gestión de los switches.
Problemas típicos en campo y diagnóstico
- Bucle por un cable de prueba en un puerto con RSTP deshabilitado: tormenta de difusión. Deshabilitar RSTP en un puerto hacia otro switch crea bucles que el protocolo ya no puede detectar: los puertos entre switches deben correr RSTP, y los puertos hacia equipos finales se configuran como borde con protección contra BPDU.
- Raíz que cambia de lugar después de reemplazar un switch sin su configuración.
- Mezcla de versiones o de protocolos propietarios entre marcas: tiempos impredecibles.
- IED de dos puertos con switch interno que cierran un anillo no previsto.
- Pérdidas de GOOSE coincidentes con cambios de topología.
El diagnóstico empieza en el registro de cambios de topología de cada switch, el estado de cada puerto y el contador de BPDU, y sigue con la supervisión de GOOSE en los IED (nodo LGOS).
Convivencia con otros protocolos
RSTP transporta cualquier tráfico, incluidas las VLAN y prioridades 802.1Q. Al reconfigurarse, los switches vacían sus tablas de direcciones y durante un instante inundan tramas. Puede convivir con PRP: cada LAN de PRP puede tener su propio anillo RSTP, siempre que las dos LAN sigan separadas. Con PTP, un cambio de topología cambia el camino y el retardo, y los relojes deben volver a medirlo. Ver también el switch Ethernet de subestación.
Pruebas
- Apertura de cada enlace del anillo y apagado del puente raíz, uno a la vez, midiendo la interrupción.
- Medición: el método de los fabricantes es enviar tráfico continuo a ritmo conocido y contar las tramas perdidas; con GOOSE, el equipo de prueba suscrito o los contadores del IED.
- Configuración contra diseño: raíz, prioridades, puertos de borde, versión del protocolo.
- Prueba de bucle: conectar un cable entre dos puertos de borde y verificar que se bloquea.
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Referencias
- IEEE 802.1Q-2022: puentes y redes con puentes (incluye RSTP y MSTP).
- IEEE 802.1D-2004: puentes MAC (RSTP, histórica).
- IEC 62439-2:2021: protocolo de redundancia de medios (MRP).
- IEC 62439-3: PRP y HSR.
- IEC TR 61850-90-4: guía de ingeniería de redes para la automatización de sistemas de potencia.
Preguntas frecuentes
¿Por qué toda la red se cayó al conectar un cable de prueba entre dos switches?
Probablemente se cerró un bucle en un puerto sin RSTP o con RSTP deshabilitado. Las tramas de difusión giran sin fin y saturan la red. Los puertos hacia IED y portátiles deben configurarse como puertos de borde con protección que los bloquee si reciben BPDU.
¿Cuánto tarda RSTP en recuperarse en un anillo?
Depende del número de switches, del tipo de enlace y del fabricante. En anillos pequeños con enlaces de fibra puede estar en decenas de milisegundos; en anillos grandes o con enlaces de cobre gigabit puede subir bastante. Por eso se mide en la puesta en servicio y no se supone.
¿Cambiar un switch puede mover el puente raíz?
Sí. El puente raíz es el de menor prioridad y, si el switch nuevo llega con una prioridad menor que la diseñada o con el valor de fábrica en una red donde los demás también lo tienen, la elección puede cambiar y el tráfico tomar otro camino. La prioridad de cada switch debe quedar en la configuración respaldada.