Cisco Network Bài 4_T1_[Lý thuyết+Lab]Tìm Hiểu Và Cấu Hình Giao Thức Ngăn Chặn Layer 2 Loop (STP, RSTP, MSTP)

Trần Ngọc Quý · Lúc 14:52:54, Thứ ba

Mục lục

Giới thiệu
Layer 2 Loop
Spanning Tree Protocol – STP
Rapid Spanning Tree Protocol – RSTP
Multiple Spanning Tree Protocol – MSTP
So sánh STP, RSTP và MSTP
Mô hình LAB triển
Cấu hình STP
Cấu hình RSTP
Cấu hình MSTP
Kiểm tra và đánh giá
Kết luận

1. Giới thiệu

Trong mạng Layer 2, việc triển khai nhiều đường kết nối giữa các Switch giúp tăng khả năng dự phòng. Tuy nhiên, nếu tồn tại nhiều đường truyền đồng thời mà không có cơ chế kiểm soát, hệ thống có thể xuất hiện Layer 2 Loop.
Các giao thức STP, RSTP và MSTP được sử dụng để xây dựng topology logic không có vòng lặp bằng cách lựa chọn đường truyền tối ưu và đưa các đường dư thừa vào trạng thái dự phòng.

2. Layer 2 Loop

Layer 2 Loop xảy ra khi Ethernet Frame có thể lưu thông theo một vòng khép kín giữa các Switch.

Trong mô hình thực hành:

Ba Switch tạo thành một topology tam giác, do đó tồn tại nhiều đường truyền giữa các thiết bị.

Nếu không có cơ chế chống Loop, hệ thống có thể gặp:

Broadcast Storm: Broadcast Frame bị nhân bản liên tục.
MAC Table Instability: địa chỉ MAC liên tục thay đổi giữa các cổng.
Duplicate Frame: thiết bị nhận nhiều bản sao của cùng một frame.
Tăng mức sử dụng CPU và băng thông.
Làm mạng LAN mất ổn định.

STP và các phiên bản cải tiến được sử dụng để giải quyết vấn đề này.

3. Spanning Tree Protocol – STP

STP (Spanning Tree Protocol) là giao thức chống vòng lặp Layer 2, được phát triển theo chuẩn IEEE 802.1D.

STP xây dựng một topology logic không vòng lặp bằng cách:

Lựa chọn Root Bridge.
Xác định đường đi tốt nhất từ các Switch đến Root Bridge.
Xác định vai trò của từng cổng.
Đưa đường truyền dư thừa vào trạng thái không chuyển tiếp.

Root Bridge

Root Bridge được lựa chọn dựa trên Bridge ID, gồm:

Bridge Priority + MAC Address
Switch có Bridge ID thấp nhất sẽ trở thành Root Bridge. Có thể chủ động chọn Root bằng:

spanning-tree vlan 10 root primary

Hoặc:

spanning-tree vlan 10 priority 4096

Priority càng thấp thì khả năng trở thành Root Bridge càng cao.

Vai trò của Port

Một số vai trò quan trọng:

Root Port (RP): cổng có đường tốt nhất về Root Bridge.
Designated Port (DP): cổng được phép Forward trên một segment.
Blocked Port: cổng bị chặn để loại bỏ vòng lặp.

STP sử dụng Path Cost để xác định đường đi tốt nhất về Root Bridge.

4. Rapid Spanning Tree Protocol – RSTP

RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol) theo IEEE 802.1w là phiên bản cải tiến của STP, có khả năng hội tụ nhanh hơn khi topology thay đổi.

RSTP sử dụng ba trạng thái chính:

Discarding
Learning
Forwarding

Các vai trò cổng gồm:

Root Port.
Designated Port.
Alternate Port.
Backup Port.

Trong đó, Alternate Port đóng vai trò là đường dự phòng và có thể nhanh chóng chuyển sang Forwarding khi đường chính gặp sự cố.

Trên Cisco có thể sử dụng:

spanning-tree mode rapid-pvst

Rapid-PVST+ áp dụng cơ chế RSTP riêng cho từng VLAN.

5. Multiple Spanning Tree Protocol – MSTP

MSTP (Multiple Spanning Tree Protocol) cho phép nhiều VLAN sử dụng chung một Spanning Tree Instance.

Ví dụ:

VLAN 10,20 → MST Instance 1
VLAN 30,40 → MST Instance 2
Thay vì tạo một Spanning Tree riêng cho từng VLAN, MSTP có thể gom nhiều VLAN vào cùng một Instance, giúp giảm tài nguyên xử lý trong hệ thống có nhiều VLAN.

Các Switch thuộc cùng một MST Region phải có cùng:

Region Name.
Revision Number.
VLAN-to-Instance Mapping.

6. So sánh STP, RSTP và MSTP

Tiêu chí	STP	RSTP	MSTP
Chuẩn	IEEE 802.1D	IEEE 802.1w	IEEE 802.1s / 802.1Q
Chống Loop Layer 2	Có	Có	Có
Hội tụ	Chậm	Nhanh	Nhanh
Quản lý nhiều VLAN	Hạn chế	Tốt	Tốt
Spanning Tree Instance	Theo topology/VLAN tùy triển khai	Theo VLAN với Rapid-PVST+	Nhiều VLAN/Instance
Độ phức tạp	Thấp	Trung bình	Cao hơn
Phù hợp	Mạng đơn giản	Mạng LAN phổ biến	Hệ thống có nhiều VLAN

7. Mô hình LAB triển khai

Mô hình Lab gồm ba Switch:

Thiết bị	Interface	Kết nối
SW1	e0/0	SW2-->e0/0
SW1	e0/1	SW3-->e0/0
SW2	e0/1	SW3-->e0/1

Ba đường liên kết tạo thành một vòng Layer 2. Vì vậy, Spanning Tree phải đưa một đường dư thừa vào trạng thái dự phòng.

8. Cấu hình STP

8.1. Cấu hình VLAN và Trunk

Thực hiện trên cả ba Switch:

Mã:

enable
configure terminal
vlan 10
name VLAN10
exit
vlan 20 
name VLAN20
exit

Thực hiện trên SW1

Mã:

interface range e0/0-1
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport mode trunk
no shutdown
exit

Thực hiện trên SW2

Mã:

interface range e0/0-1
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport mode trunk
no shutdown
exit

Thực hiện trên SW3

Mã:

interface range e0/0-1
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport mode trunk
no shutdown
exit

Kiểm tra:

show interfaces trunk

Nếu SW1 là Root Bridge, có thể quan sát topology logic:

Một trong các cổng trên liên kết SW2 ↔ SW3 sẽ không Forward đối với VLAN tương ứng để ngăn Loop.

Cổng chính xác bị chặn phụ thuộc vào Bridge ID, Path Cost và Port ID của các Switch.

9. Cấu hình RSTP

Để chuyển sang Rapid-PVST+, thực hiện trên cả ba Switch:

Mã:

enable
configure terminal
spanning-tree mode rapid-pvst

Trên SW1

spanning-tree vlan 10,20 root primary

Trên SW2

spanning-tree vlan 10,20 root secondary

Kiểm tra:

show spanning-tree

Hoặc:

show spanning-tree vlan 10

Kết quả sẽ thể hiện các vai trò như:
Root
Designated
Alternate
RSTP có khả năng đưa Alternate Port vào Forwarding nhanh hơn STP khi đường truyền chính bị lỗi.

10. Cấu hình MSTP

10.1. Chuyển sang MST Mode

Thực hiện trên cả ba Switch:

Mã:

configure terminal
spanning-tree mode mst

10.2. Cấu hình MST Region

Cấu hình giống nhau trên SW1, SW2 và SW3:

Mã:

spanning-tree mst configuration
name LAB
revision 1
instance 1 vlan 10
instance 2 vlan 20
exit

Kiểm tra cấu hình:

show spanning-tree mst configuration

10.3. Cấu hình Root Bridge

Cho SW1 làm Root của Instance 1:

SW1(config)# spanning-tree mst 1 root primary

Cho SW2 làm Root của Instance 2:

SW2(config)# spanning-tree mst 2 root primary

Có thể cấu hình Root dự phòng:

SW2(config)# spanning-tree mst 1 root secondary

SW1(config)# spanning-tree mst 2 root secondary

Cách cấu hình trên giúp hai MST Instance có thể sử dụng các Root Bridge khác nhau, hỗ trợ phân bố lưu lượng giữa các đường truyền.

11. Kiểm tra và đánh giá

11.1. Kiểm tra Root Bridge

show spanning-tree root

11.2. Kiểm tra STP theo VLAN

show spanning-tree vlan 10

Kiểm tra:

Root ID.
Bridge ID.
Root Port.
Designated Port.
Port bị Blocking/Discarding.

11.3. Kiểm tra RSTP

show spanning-tree

Quan sát các trạng thái:

11.4. Kiểm tra MSTP

show spanning-tree mst

Hoặc:

show spanning-tree mst 1
show spanning-tree mst 2

11.5. Kiểm tra khả năng dự phòng

Sau khi xác định đường truyền đang Forward, có thể mô phỏng sự cố bằng cách shutdown một interface.

Ví dụ trên SW1:

interface e0/0
shutdown

Sau đó kiểm tra lại:

show spanning-tree

STP/RSTP sẽ tính toán lại topology và đưa đường dự phòng vào trạng thái Forwarding.

Khôi phục interface:

interface e0/0
no shutdown

Qua quá trình này có thể quan sát rõ chức năng ngăn Loop và duy trì đường truyền dự phòng của Spanning Tree.

12. Kết luận

Qua bài này có thể rút ra các nội dung chính:

Layer 2 Loop xuất hiện khi có nhiều đường kết nối dư thừa giữa các Switch.
Loop có thể gây Broadcast Storm, MAC Table Instability và Duplicate Frame.
STP loại bỏ vòng lặp bằng cách chặn một số đường truyền dư thừa.
Root Bridge là điểm tham chiếu để xây dựng Spanning Tree.
RSTP cải tiến STP với khả năng hội tụ nhanh hơn.
MSTP cho phép nhiều VLAN sử dụng chung một Spanning Tree Instance.
Khi đường truyền chính gặp sự cố, giao thức Spanning Tree có thể kích hoạt đường dự phòng nhằm duy trì kết nối.

STP, RSTP và MSTP là các giao thức quan trọng trong thiết kế mạng Layer 2 có tính dự phòng, giúp đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hạn chế các sự cố do vòng lặp mạng.

Cisco Network Bài 4_T1_[Lý thuyết+Lab]Tìm Hiểu Và Cấu Hình Giao Thức Ngăn Chặn Layer 2 Loop (STP, RSTP, MSTP)

Trần Ngọc Quý

Intern

Mục lục​

1. Giới thiệu​

2. Layer 2 Loop​

3. Spanning Tree Protocol – STP​

Root Bridge​

Vai trò của Port​

4. Rapid Spanning Tree Protocol – RSTP​

5. Multiple Spanning Tree Protocol – MSTP​

6. So sánh STP, RSTP và MSTP​

7. Mô hình LAB triển khai​

8. Cấu hình STP​

9. Cấu hình RSTP​

Trên SW1​

Trên SW2​

10. Cấu hình MSTP​

10.1. Chuyển sang MST Mode​

10.2. Cấu hình MST Region​

10.3. Cấu hình Root Bridge​

11. Kiểm tra và đánh giá​

11.1. Kiểm tra Root Bridge​

11.2. Kiểm tra STP theo VLAN​

11.3. Kiểm tra RSTP​

11.4. Kiểm tra MSTP​

11.5. Kiểm tra khả năng dự phòng​

12. Kết luận​

Mục lục

1. Giới thiệu

2. Layer 2 Loop

3. Spanning Tree Protocol – STP

Root Bridge

Vai trò của Port

4. Rapid Spanning Tree Protocol – RSTP

5. Multiple Spanning Tree Protocol – MSTP

6. So sánh STP, RSTP và MSTP

7. Mô hình LAB triển khai

8. Cấu hình STP

9. Cấu hình RSTP

Trên SW1

Trên SW2

10. Cấu hình MSTP

10.1. Chuyển sang MST Mode

10.2. Cấu hình MST Region

10.3. Cấu hình Root Bridge

11. Kiểm tra và đánh giá

11.1. Kiểm tra Root Bridge

11.2. Kiểm tra STP theo VLAN

11.3. Kiểm tra RSTP

11.4. Kiểm tra MSTP

11.5. Kiểm tra khả năng dự phòng

12. Kết luận