Giáo trình khóa học BCMSN Chương 4 – Thực thi Spanning Tree

Chương 4 - Thực Thi Spanning Tree Trong chương này giới thiệu cơ bản về Spanning Tree Protocol STP trong một mạng switch, giải thích cách Root bridge switch gốc và đường dự phòng được bầ

Chương 4 - Thực Thi Spanning Tree

Trong chương này giới thiệu cơ bản về Spanning Tree Protocol (STP) trong một mạng switch, giải thích cách Root bridge (switch gốc) và đường dự phòng được bầu chọn, và cũng bao gồm những nhức năng tăng cường hiệu năng STP như Rapid STP (RSTP) và Multiple STP (MSTP) Ngoài ra, bạn còn được giới thiệu cấu hình EtherChannel, và cách tương tác như thế nào với STP Chương này cung cấp hướng dẫn nâng cao STP khả năng phục hồi khi lỗi diễn

ra

4.1 Mô tả STP

4.1.1 Giới thiệu Bridge

Switch đã thay thế bridge như là một thiết bị mạng thực hiện các kết nối trong mạng hiện nay Các chức năng cơ bản của switch trùng với một transparent bridge trên cơ sở mỗi VLAN Để hiểu STP, chúng ta xem xét hoạt động của Bridge mà không có Spanning Tree

Một transparent bridge có những đặc điểm:

Nó không phải sửa đổi các frame được chuyển tiếp

Nó học địa chỉ bằng cách "lắng nghe" trên một cổng từ địa chỉ nguồn của thiết bị Khi một địa chỉ MAC nguồn được đọc trong các frame đi vào một cổng cụ thể, bridge giả định rằng các frame đích với địa chỉ MAC trên có thể được gửi ra khỏi cổng đó Sau đó bridge xây dựng một bảng ghi chú có địa chỉ nguồn được nhìn thấy trên cổng Một bridge là luôn luôn lắng nghe

và học tập các địa chỉ MAC theo cách này

Nó phải gửi tất cả các broadcast ra ngoài trên tất cả các cổng, ngoại trừ cổng mà ban đầu nhận vào

Nếu một địa chỉ đích mà bridge không biết đến, nó sẽ chuyển các frame ra ngoài tất cả các cổng, ngoại trừ cổng mà ban đầu đã nhận được frame Đây được gọi là unicast flooding

Transparent bridging phải „‟trong suốt „‟ giữa các thiết bị trên mạng Các thiết bị đầu cuối không yêu cầu cấu hình Các giao thức bridging hoạt động không được trực tiếp nhận biết bởi các thiết bị đầu cuối

Giống như với kiểu chia sẻ trên Ethernet truyền thống, transparent bridge vốn đã thiếu khả năng về cung cấp dự phòng STP cung cấp một cơ chế trong môi trường Ethernet transparent bridge để khám phá kiến trúc mạng ở phân lớp 2 một cách tự động và để đảm bảo rằng chỉ có một con đường thông qua mạng Nếu không có STP, không có cách nào để tạo ra một môi trường transparent bridge đảm bảo tính dự phòng STP cũng bảo vệ một mạng lưới chống lại những lỗi kết nối cáp mà vô tình nó tạo nên một loop không mong muốn xảy ra trong mạng đó

Lưu ý

Thuật toán spanning tree được thực hiện trong các loại phương tiện truyền thông khác, như Token Ring STP có một mục đích khác và chức năng trong Token Ring so với Ethernet, vì loop có thể được theo mong muốn trong Token Ring

4.1.2 Giới thiệu dữ iệu truyền bị loop

Bridge bị loop diễn ra khi không có cơ chế nào ở phân lớp 2, như live, để quản lý đường dự phòng và loại bỏ nhưng dữ liệu mà truyền không thể kết thúc

Time-to-Thiết bị A có 2 đường truyền đến thiết bị B qua hai thiết bị trung gian bridge Hình dưới:

Hình 4.1.2-1: Hiện tượng loop

Bridge loop có thể xảy ra bất kỳ khi nào mà có đường dự phòng hoặc vòng trong mạng bridge

Bước 1: Station A truyền 1 frame cho Station B trên segment A, cả hai

bridge trên segment A nhận được gói dữ liệu trên cổng 1/1 và 2/1 Cả hai bridge đều cập nhật bảng Mac của mình, rằng Station A ở segment A, ở cổng 1/1 và 2/1

Bước 2: Cả hai bridge đều chuyển gói dữ liệu sang segment B Station B

nhận được các gói dữ liệu, và cả hai bridge thấy được gói dữ liệu giống nhau với địa chỉ nguồn của gói dữ liệu là Station A đến từ bridge kia Các bridge sẽ chuyển gói sai tất cả các gói cho station A sang segment B Khi station B gửi trả dữ liệu cho station A, tất cả các gói dữ liệu bị loại bỏ bởi

cả 2 bridge vì gói dữ liệu mà nó nhận được có cùng cổng bridge mà nó là đích cho station A

Bước 3: Nếu station A, hoặc bất kỳ, gửi một dữ liệu broadcast, hiệu ứng

loop ở phân lớp 2 sẽ rất tệ Địa chỉ MAC đích sẽ là FF-FF-FF-FF-FF-FF

Nó sẽ gây ra trên mỗi bridge chuyển gói broadcast ra tất cả các cổng trừ cổng nhận vào Gói broadcast cũng sẽ được chuyển đến bridge đã chuyển gói broadcast này, mà nó sẽ chuyển lại lần nữa cũng gói broadcast trên tất

cả các cổng Gói broadcast này sẽ tiếp tục cho đến khi loop được tắt hoặc bridge không có khả năng xử lý được nữa các gói dữ liệu

4.1.3 Phân tích một mạng không oop:

Một mạng không bị loop, là mạng không tạo ra bão broadcast ở phân lớp 2 hoặc bão trùng lắp các gói unicast Một mạng không có loop có thể đạt được bằng cách tắt hoặc ngắt kết nối tất cả các liên kết dự phòng giữa các bridge bằng tay Tuy nhiên, điều này không loại bỏ tính dự phòng trong mạng và đòi hỏi phải can thiệp bằng tay trong trường hợp suất hiện một lỗi liên kết

STP giải quyết vấn đề này: Nếu có những liên kết thay thế cho một điểm đến trên một switch, chỉ có một liên kết được sử dụng để chuyển tiếp dữ liệu Những cổng của switch được liên kết với các con đường thay thế vẫn là một phần của các kết nối mạng và frame chuyển tiếp qua liên kết thay thế đó nếu xảy ra một lỗi trên đường liên kết chính

Thuật toán spanning tree (STA) chạy trên mỗi switch để kích hoạt hoặc chặn các liên kết dự phòng Để tìm các liên kết dự phòng, STA chọn một điểm tham chiếu trong mạng và xác định tất cả những đường đường dự phòng tới điểm

tham chiếu Nếu STA thấy một đường dự phòng, nó sẽ chọn đường nào sẽ thực hiện chuyển tiếp dữ liệu, đường nào sẽ bị chặn Điều này có hiệu quả cho các máy chủ khi các liên kết dự phòng tồn tại trong hệ thống cho đến khi chúng được cần đến khi liên kết chính nối với điểm tham chiếu có vấn đề

Chuẩn Spanning Tree thường chỉ nhắc đến một “bridge”, nhưng tất cả các thiết bị trao đổi thông tin spanning tree đều là switch ở phân lớp 2

4.1.4 Mô tả 802 1D Spanning Tree Protocol:

Với 802 1D STP, Switch cấu hình lại các đường dẫn để xác định đường đi của việc truyền gói dữ liệu, do đó tạo ra một đường đi không còn loop mà vẫn tồn tại đường dự phòng cho những đường đi giữa các switch qua mạng Điều này được thực hiện bởi chuyển tiếp các lưu lượng qua cổng cụ thể và bằng cách ngăn chặn lưu lượng bị chuyển ra khỏi cổng khác STP ngăn cản loop bằng cách

sử dụng các cơ chế sau đây:

STP truyền thông tin lớp 2 giữa các switch liền kề bằng các trao đổi các gói tin bridge protocol data unit (BPDU)

Một root bridge duy nhất được chọn để làm điểm tham chiếu, từ đó một sơ

đồ mạng không xảy ra loop được xây dựng cho tất cả các switch trao đổi BPDUs

Mỗi switch, ngoại trừ root bridge, chọn một cổng làm root để cung cấp đường đi tốt nhất đến root bridge

Trong một thiết kế theo hình tam giác tương tự như trong hình, liên kết giữa hai cổng switch là nonroot, thì một cổng trên một switch trở thành cổng designated, và cổng kia sẽ được đưa vào trạng thái block và không chuyển tiếp gói dữ liệu đi Điều này sẽ làm hệ thống không còn loop Thông thường, các cổng designated trên switch sẽ là đường đi tốt nhất đến root bridge

Hình 4.1.4-1: Các trạng thái port trên switch trong mô hình tam giác

STP gửi BPDUs ra tất cả các cổng của bridge

Thông tin cung cấp trong một BPDU bao gồm những phần sau đây:

Root ID: bridge ID thấp nhất (BID) trong mô hình

Cost of path: Chi phí của đường đi của tất cả các liên kết từ các switch đến root bridge

BID: BID của switch gửi BPDU

Port ID: port ID của switch gửi BPDU

STP timer values: maximum age, hello time, forward delay

Hình 4.1.4-2: Hình miêu tả số byte các trường trong gói BPDU

BPDU chứa những thông tin cần thiết cho cấu hình STP Trường Type cho các gói tin BPDU là 0x00, và nó sử dụng địa chỉ MAC multicast 01-80-C2-00-00-

00

4.1.5 Mô tả Root Bridge

STP dùng root bridge, root port và designated port để thiết lập một đường không bị loop trong mạng Bước đầu tiên trong việc tạo ra đường không bị loop trong spanning tree là chọn ra root bridge để làm điểm tựa cho tất cả các con switch thiết lập đường vận chuyển Mô hình STP được hội tụ sau khi root bridge

đã được chọn, và mỗi bridge chọn root port cho nó, designated bridge, và port tham gia vào STP STP sử dụng gói tin BPDUs để truyền trạng thái port để hoàn tất việc hội tụ

Spanning tree chọn Root Bridge trong mỗi miền broadcast trên mạng LAN Tính toán đường đi dựa trên Root Bridge Con Root Bridge được chọn dựa trên Bridge ID (BID), nó bao gồm 2 byte cho trường Priority cộng với 6 byte địa chỉ MAC Trong spanning tree, BID thấp hơn được ưu tiên Giá trị trường Priority giúp cho việc xác định Bridge nào sẽ trở thành Root và trường này có thể thay đổi bằng tay Cấu hình mặc định, trường Priority được đặt là 32768 Khi trường Priority mặc định như nhau trên tất cả con Bridge thì việc lựa chọn Root Bridge dựa vào địa chỉ MAC nào thấp nhất

Con root bridge duy trì tình trạng của đường forwarding giữa tất cả con switch cho một trường hợp STP đơn giản Một trường hợp STP là khi tất cả

switch trao đổi BPDUs và tham gia vào đàm phán spanning tree được bầu làm root đơn giản Nếu nó được thực hiện cho tất cả VLAN, nó được gọi là Common Spanning Tree (CST) instance Nó cũng có cho từng VLAN gọi là Per-VLAN Spanning Tree (PVST), do đó sẽ có 1 root bridge cho mỗi VLAN

Trường BID và root ID mỗi cái đều 8 byte được mang trong mỗi BPDU Những giá trị này được dung để hoàn tất tiến trình bầu chọn root bridge Con Switch xác định được root bridge bằng cách đánh giá trường root ID trong gói BPDU mà nó nhận BID là duy nhất được mang trong trường root ID của BPDU gửi bởi mỗi con switch trong cây

Hình 4.1.5-1: Hình thể hiện giá trị bằng nhau của Root IP và Bridge IP

Khi switch mới khởi động và bắt đầu gửi BPDU, nó chưa biết root ID, vì thế

nó quảng bá trường root ID chính là BID của nó

Switch mà có BID thấp nhất sẽ giữ vai trò Root Bridge cho tiến trình Spanning Tree Nếu switch nhận được gói BPDU mà có BID thấp hơn của nó, nó

sẽ thay thế giá trị thấp hơn này vào trường Root ID của gói BPDU gửi ra

Spanning Tree hoạt động yêu cầu mỗi switch phải có một định danh BID Trong phiên bản gốc chuẩn 802 1D, BID kết hợp giữa Priority và MAC của switch Bởi vì PVST yêu cầu mỗi tiến trình Spanning Tree độc lập trên mỗi VLAN, BID yêu cầu mang định danh VLAN ID, mà nó được xử lý bằng cách sử dụng lại phần priority như là Extended system ID

Để tương thích với Extended system ID, 16 bit của trường priority của chuẩn 802 1D gốc được chia làm 2 trường, kết quả đây là các thành phần trong BID:

Bridge Priority: một trường 4 bit mang bridge priority Bởi vì sự giới hạn của tăng hoặc giảm bit, Giá trị Priority tăng hoặc giảm với giá trị là 4096 trên một bit chứ không còn là tăng hoặc giảm 1 như khi nó sử dụng 1 trường 16 bit Mặc định giá trị priority, để tương thích với IEEE 802 1D là giá trị 32768, mà nó cũng là giá trị ở giữa

Extended System ID: một trường 12 bit dành để mang VID cho PVST MAC address: một trường 6 byte với giá trị MAC của mỗi switch

Hình 4.1.5-2: Sự khác nhau giữa Bridge có Extended System IP và không có

Extended System IP

Hình 4.1.5-3: Hình miêu tả sự thay đổi các trường trong gói BPDU

Bởi giá trị duy nhất của địa chỉ MAC, một BID luôn luôn là duy nhất Khi priority và Extended sysem ID được sử dụng cùng với địa chỉ MAC, mỗi VLAN trên switch có thể được thể hiện với 1 định danh BID duy nhất

Nếu priority không được cấu hình, tất cả switch có cùng priority và bầu chọn root trên mỗi VLAN dựa vào địa chỉ MAC Trong trường hợp bầu chọn không ngẫu nhiên có nghĩa là root bridge mà được bầu chọn được xác định trước đó, trong trường hợp này, chúng ta phải thiết lập priority thấp hơn cho switch mà nó

sẽ trở thành root bridge

Các gói BPDU được trao đổi giữa các switch và phân tích BID và thông tin root ID từ gói BPDU để xác định switch nào sẽ trở thành root bridge

1 Khi bắt đầu, mỗi switch truyền các gói BPDU ra các cổng trên

mỗi VLAN Khi bắt đầu, mỗi switch thiết lập root ID bằng BID của

nó Trong suốt thời gian này, các cổng của switch không dùng để truyền dữ liệu thông thường

2 Khi các gói BPDU truyền trong mạng, mổi switch sẽ so sánh giá

trị root ID mà nó truyền đi và nó nhận được Hoạt động chính xác

mà nó so sánh được giới thiệu kế tiếp

3 Nếu nó nhận được root ID mà thấp hơn giá trị BID của nó, switch

sẽ quảng bá nó Trong trường hợp ngược lại, nó sẽ tiếp tục quảng bá với root ID là BID của nó trong gói BPDU

4 Trên con root bridge, tất cả các cổng là designated và truyền dữ

liệu

5 Nonroot bridge phải xác định đường đi tối ưu về root bridge

Bảng 4.1.5-1: Quá trình bầu chọn root bridge

4.1.6 Mô tả các vai trò của cổng

Trên non-root bridge, spanning tree xác định vai trò mỗi port trong sơ đồ và đường forwarding mong muốn nhất cho frame dữ liệu như switch nhận BPDU trên port Có 4 vai trò port 802 1D

Hình 4.1.6-1: Hình miêu tả vai trò các port

Root port Là cổng trên các nonroot bridgevà là cổng trên switch mà có

đường đi tối ưu nhất đi về root bridge Root port chuyển dữ liệu hướng về root bridge và địa chỉ MAC nguồn của dữ liệu nhận vào trên root port được lưu trong bảng MAC Chỉ có 1 root port trên một nonroot bridge

Designated port Là cổng trên root và nonroot bridge Với root bridge tất cả các

cổng là designated port Với nonroot bridge, designated port là cổng truyền và nhận dữ liệu đến root bridge khi cần thiết Chỉ một designated port trên một phân đoạn nếu nhiều switch trên một phân đoạn, một tiến trình bầu chọn xác định designated switch, và cổng switch designated bắt đầu truyền dữ liệu cho phân đoạn này Designated port lưu địa chỉ MAC trong bảng MAC

Nondesignated

port

Nondesignated port là cổng mà không truyền dữ liệu (block) và không lưu địa chỉ MAC trong bảng MAC với địa chỉ nguồn của gói dữ liệu mà nó thấy trong phân đoạn

Disable port Disable port là cổng switch mà nó bị tắt (shutdown)

Bảng 4.1.6-1: Đặc điểm của vai trò các cổng

Mỗi port lớp 2 trên con switch chạy STP tồn tại một trong năm trạng thái:

Blocking: Cổng lớp 2 là nondesignated port và không tham gia truyền dữ

liệu Cổng này nhận BPDU để xác định vị trí và root ID của con root bridge

và vai trò cổng (root, designated, hoặc nondesignated) mỗi cổng switch nên

hoàn tất hoạt động cuối cùng trong sơ đồ STP Mặc định, port dành 20s trong mỗi tình trạng (max age)

Listening: Spanning tree đã xác định cổng này có thể truyền dữ liệu dựa

theo BPDU switch nhận được Tại điểm này, cổng switch đang nhận BPDU

và cũng truyền BPDU của bản thân nó và thông báo switch láng giềng rằng cổng switch đang chuẩn bị tham gia vào sơ đồ mạng, Mặc định, cổng này dành 15s (forward delay)

Learning: Cổng lớp 2 đang chuẩn bị tham gia truyền dữ liệu và bắt đầu cập nhật học bảng CAM Cổng này vẫn gửi và nhận BPDU, Mặc định, port dành 15s cho trạng thái này (forward delay)

Forwarding: Cổng lớp 2 đã tham gia vào mạng Nó truyền dữ liệu và cũng

tham gia và gửi và nhận BPDU

Disable: Đây không thật sự là tình trạng của STP, mà nó là kết quả của người quản trị tắt (shutdown) cổng, trong tình trạng này, cổng lớp 2 không tham gia vào spanning tree và không truyền dữ liệu

Hình 4.1.6-2: Quá trình chuyển trạng thái

STP sử dụng bộ đếm thời gian để xác định bao lâu thì chuyển trạng thái cổng STP cũng sử dụng bộ đếm thời gian để xác định bridge láng giềng còn hoạt động không và bao lâu mới lưu bộ đệm địa chỉ MAC trong bảng bridge

Bộ đếm thời gian hoạt động như sau:

Hello timer: Xác định khoảng thời gian bao lâu bridge gửi BPDU Mặc định

là 2 giây

Maximum Age (Max Age): thời gian để chuyển cổng từ tình trạng blocking

trước khi sang listening Mặc định là 20s

Forward delay (Fwd delay): Xác định khoảng thời gian để chuyển từ listening sang learning và từ learning sang forwarding Mặc định là 15s Root bridge thông báo non root bridge chu kỳ thời gian và sử dụng bộ đếm thời gian STP dựa trên kích thước mạng Việc điều chỉnh bộ đếm thời gian nên cẩn thận vì nếu không đúng sẽ làm cho mạng không ổn định và có thể bị loop

Nonroot bridge đặt các cổng khác nhau cho đúng vai trò bằng cách lắng nghe BPDU đến trên tất cả cổng BPDU nhận được trên nhiều cổng chỉ định đường dự phòng tới root bridge

Switch xem thành phần dưới đây trong BPDU để xác định cổng nào của switch sẽ truyền dữ liệu và cổng nào sẽ không truyền dữ liệu (block):

Path cost thấp nhất

Con switch gửi có BID thấp nhất

Con switch gửi có port ID thấp nhất

Hình 4.1.6-3: Các giá trị để tính đường ngắn nhất tới root bridge

Switch xem path cost đầu tiên, nó được tính dựa trên tốc độ và số đường

mà BPDU di chuyển qua Cổng cùng với cost thấp nhất đủ tư cách đặt trong chế

độ forwarding Tất cả port khác đang nhận BPDUs tiếp tục trong chế độ Blocking

Mỗi bridge quảng bá path cost spanning tree trong BPDU Path cost này được tính cộng dồn tất cả đường kết nối từ root bridge tới switch gửi BPDU Switch nhận được sử dụng cost này để xác định đường đi tốt nhất về root bridge Cost thấp nhất được xem là đường tốt nhất

Giá trị cost trên mỗi liên kết giữa 2 switch được qui định ở bảng sau

Hình 4.1.6-4: Các giá trị cost thông dụng

Hình dưới, switch Y nhận được BPDU từ root bridge (switch X) trên phân đoạn fast Ethernet và gói BPDU khác từ phân đoạn Ethernet Path cost từ root bridge đều bằng 0 Path cost trên switch Y trên cổng Fast Ethernet là 19 và trên cổng Ethernet là 100 Và kết quả là, cổng Fast Ethernet có path cost thấp hơn đến root bridge và được bầu chọn là root port trên switch Y

Hình 4.1.6-5: Ví dụng tính cost và xác định vai trò port

STP chọn một designated port trên mỗi phân đoạn mạng để truyền dữ liệu Cổng khác trên phân đoạn tiêu biểu trở thành nondesignated ports và tiếp tục không truyền dữ liệu Hoặc chúng có thể là root port và tiếp tục truyền dữ liệu

Hình 4.1.6-6: Ví dụng tính cost và xác định vai trò port

Nondesignated port nhận BPDU nhưng không truyền dữ liệu và không không truyền dữ liệu để ngăn cản loop Switch port trên phân đoạn cùng với path cost thấp nhất tới root bridge được bầu làm designated port Nếu nhiều cổng switch trên con switch có cùng path cost và được nối tới cùng con switch láng giềng, cổng switch gửi có ID thấp nhất trở thành designated port

Bởi vì các cổng trên root bridge có path cost bằng 0, tất cả các cổng của root bridge là designated port

Hình dưới, mô tả các switch chạy spanning tree và trao đổi thông tin Những trường thông tin kết quả dưới đây:

Bầu chọn root bridge ở phân lớp 2 làm điểm tham chiếu

Xác định đường đi tối ưu nhất đến root bridge trên mỗi switch

Bầu chọn designated switch và designated port trên mỗi phân đoạn mạng Giải quyết vấn đề loop trên mạng bằng cách chuyển trạng thái một số liên kết giữa các switch sang trạng thái không truyền dữ liệu (block)

Xác định trạng thái hoạt động (active topology) cho mỗi tiến trình spanning tree hoặc VLAN chạy STP

Trạng thái hoạt động (active topology) là bước cuối cùng của tiến trình tìm đường để truyền dữ liệu mà nó tạo ra bởi các cổng switch truyền và nhận dữ liệu sau khi trạng thái hoạt động được thiết lập, các switch phải thiết lập lại trạng thái hoạt động sử dụng Topology Change Notifications (TCNs) nếu có một liên kết bị lỗi xảy ra

Một TCN BPDU được phát sinh khi con bridge phát hiện sơ đồ mạng thay đổi, thông thường là kết nối bị mất, xấu, bridge không hoạt động hoặc cổng chuyển trạng thái forwarding TCN BPDU được thiết lập 0x80 trong trường Type

và được forwarded trên root port tiến về root bridge Bridge cấp cao hơn nhận được BPDU với một TCA Trong trường Flag, các bit ít quan trọng thì dành cho TCN, và các bit quan trong thì dành cho TCA

Bridge gửi thông tin này tới designated bridge của nó, láng giềng gần root nhất của một bridge cụ thể Designated bridge gởi thông tin về cấu trúc mạng cho láng giềng đã gởi và gửi thông báo tới designated bridge của nó, tiến trình này lặp lại cho đến root bridge lấy được thông báo Đây là cách root bridge biết được thay đổi trên mạng

Khi mạng thay đổi xảy ra con root gửi thông báo xuyên qua cây do đó nội dung của CAM có thể chỉnh sửa và cung cấp đường mới cho thiết bị cuối

4.1.7 Giới thiệu giao thức nâng cao của STP

Chuẩn 802 1D STP đã được phát triển lâu trước khi VLAN được giới thiệu

và có vài hạn chế mà Cisco PVST gặp phải PVST cho phép trường hợp riêng rẻ của spanning tree và bao gồm tính năng riêng của Cisco như PortFast và UplinkFast, cái mà cung cấp hội tụ nhanh hơn

Hình 4.1.7-1: Các loại STP

Chuẩn 802.1Q được định nghĩa lả công nghệ chuẩn cho việc quản lý VLAN Để giảm phức tạp của chuẩn này, tổ chức 802 1 chỉ định chỉ có 1 trường hợp của spanning tree cho tất cả VLAN, Không chỉ ít linh hoạt hơn Cisco PVST nó còn tạo ra vấn đề khi hoạt động, để giải quyết cả hai vấn đề Cisco đưa ra PVST+ trong Version 4 1 trên Cisco Catalyst 5000 Series (tất cả Cisco Catalyst 4000 và

6000 series đều hổ trợ PVST+) PVST+ cho phép phạm vi hoạt động xuyên suốt

và trong suốt trong hầu hết tất cả sơ đồ và cấu hình

Có sự thuận lợi và bất lợi khi sử dụng spanning đơn giản Một mặt nó cho phép switch trở nên đơn giản hơn trong thiết kế và đỡ phải load CPU, nhưng mặt khác single spanning tree ngăn load balancing và có thể tạo ra kết nối không hoàn tất trong VLAN (Single STP VLAN phải chọn link mà nó không bao gồm VLAN khác) Để giữ sự cân bằng, hầu hết người thiết kế mạng kết luận rằng những bất lợi có ảnh hưởng nhiều hơn thuận lợi

Hai chuẩn IEEE, RSTP (802 1w) và MSTP (802 1s) cải thiện cho gốc chuẩn 802 1D STP và cung cấp tính năng riêng biệt của Cisco, RSTP cung cấp hội tụ nhanh hơn, trong khi MSTP cho phép nhiều trường hợp trong spanning tree

Per VLAN Rapid Spanning Tree (PVRST) cho phép RSTP được thực thi, giúp hội tụ nhanh, trong khi vẫn sử dụng Cisco PVST

Spanning PortFast tạo một interface được cấu hình như access port lớp 2

để chuyển từ blocking sang forwarding ngay lập tức, bỏ qua các bước listening và learning Bạn có thể sử dụng portfast trên access port lớp 2 kết nối đến workstation hoặc server Nếu một interface được cấu hình portfast nhận được BPDU, spanning tree có thể đặt port đó sang blocking bằng cách sử dụng tính năng gọi là BPDU guard

Cảnh Báo

Bởi vì mục đích của portfast là thu nhỏ lại thời gian mà access port phải đợi cho spanning tree hội tụ, nó nên được sử dụng chỉ với access port Nếu bạn bật portfast lên trên port mà kết nối đến switch khác thì có nguy cơ sẽ tạo ra spanning tree loop

RSTP dựa theo chuẩn IEEE 802 1w Có nhiều sự khác nhau giữa RSTP

và STP RSTP yêu cầu đường kết nối phải là point-to-point full-duplex giữa những con các switch láng giềng để có thể hội tụ mạng nhanh Haft-duplex ví dụ như chia sẽ đường truyền trong đó nhiều host chia sẽ cùng một sợi dây, kết nối point-to-point không thể hoạt động được trong môi trường này Kết quả, RSTP không thể hội tụ nhanh trong chể độ haft-duplex STP và RSTP cũng có port designated khác nhau RSTP có alternate và backup port designations, cái mà nó không có trong môi trường STP Port không tham gia trong spanning tree gọi là edge port Edge port có thể cấu hình static bằng câu lệnh PortFast Edge port ngay lập tức trở thành non-edge port nếu như có 1 BPDU “nghe” trên port này Non-edge port tham gia trong thuật toán spanning tree và chỉ có non-edge port phát sinh topology change (TC) trên mạng khi chuyển sang tình trạng forwarding TC không phát sinh cho bất kì tình trạng RSTP khác Trong STP, TCN được phát sinh cho bất kì active port nào không cấu hình PortFast

RSTP sẽ tính toán lại trong spanning tree khi mạng lớp 2 thay đổi Nó định nghĩa lại vai trò và tình trạng port và các gói BPDU

RSTP rất linh hoạt và do đó không thể chấp nhận sự chậm trể của 802 1D RSTP 802 1w cao cấp hơn 802 1D trong khi vẫn tương thích với phiên bản cũ Nhiều khái niệm được giữ lại và phần lớn tham số không thay đổi để có thể hoạt động với switch không hỗ trợ RSTP

RSTP BPDU có cấu trúc gói giống với IEEE 802 1D ngoại trừ Version được đặt là 2 để chỉ định là RSTP Và cờ Flags sử dụng hết tất cả 8bit

Trong vùng switch, chỉ có thể là một đường forwarding tiến về một điểm tham khảo chuẩn đó là root bridge, Thuật toán RSTP bầu chọn root bridge chính xác giống y hệt 802 1D đã làm

Tuy nhiên, có những tiêu chí khác nhau mà làm cho RSTP là giao thức được yêu thích hơn cho việc ngăn chặn loop layer 2 trong môi trường switch Nhiều tính năng mới đã được Cisco đưa vô thêm chẳng hạn BPDU giờ đây sẽ mang và gửi thông tin về vai trò port tới switch láng giềng mà không yêu cầu cấu hình thêm, và thực thi tốt hơn 802 1D

Bởi vì RSTP và Cisco mở rộng có chức năng khá giống nhau, chẳng hạn như UplinkFast và BackboneFast thì không tương thích với RSTP

4.2.2 Mô tả trạng thái cổng của RSTP

RSTP cung cấp hội tụ nhanh dựa theo lỗi hoặc trong suốt quá trình thiết lập lại switch, switch port hoặc link Một sơ đồ mạng RSTP thay đổi do sự chuyển switch port thích hợp tới trạng thái forwarding thông qua hoặc là bắt tay rõ rang hoặc là gửi tiến trình đề xuất và đồng ý và đồng bộ lại

Cùng với RSTP, vai trò của port được chi ra từ tình trạng port Ví dụ, designated port có thể tạm thời trong tình trạng discarding, cho dù tình trạng cuối cùng của nó là forwarding

RSTP port state tương ứng với 3 hoạt động cơ bản của switch port: discarding, learning, và forwarding

Hình 4.2.2-1: Hoạt động của các port trong các trạng thái nhất định

Bảng sau mô tả các đặc điểm của trạng thái port trong RSTP Trong tất cả các trạng thái port, một port chấp nhận và thực thi các frame BPDU

Discarding Trạng thái này xảy ra trong cả mô hình mạng hoạt động

ổn định và trong quá trình đồng bộ và thay đổi Trạng thái discarding ngăn cản chuyển tiếp các frame, do đó phá vỡ tình trạng loop Lớp 2

Learning Trạng thái này trong cả mô hình mạng hoạt động ổn định

và trong suốt quá trình đồng bộ mạng và mạng thay đổi

Trạng thái learning cho phép dữ liệu frame ở trong bảng MAC trong một nỗ lực giới hạn flood các frame unicast không rõ

Forwarding Trạng thái này chỉ xảy ra trong mô hình mạng đang hoạt

động ổn định Các port forwarding trên switch quyết định

mô hình mạng Khi mô hình mạng thay đổi, hoặc trong quá trình đồng bộ, việc vận chuyển các frame dữ liệu chỉ xảy ra sau tiến trình đề xuất và đồng ý

Bảng sau so sánh các trạng thái port của STP và RSTP

4.2.3 Mô tả vai trò của cổng trong RSTP

Vai trò port định nghĩa mục đích sau cùng của switch port và cách mà nó

xử lý data frame Port roles và port state có thể chuyển độc lập với nhau Hỉnh sau

là cách vai trò port được sử dụng trong