MỤC LỤC
I. Giới thiệu về STP, RSTP, MSTP
1. STP
2. RSTP
3. MSTP
II. Lab Thực Hành
1. STP
2. RSTP
3. MSTP
III. Kết Luận
1. STP
* Giới Thiệu
STP (Spanning Tree Protocol) là một giao thức mạng được IEEE định chuẩn hóa (IEEE 802.1D) để ngăn chặn các vòng lặp (loop) trong mạng Layer 2, giúp đảm bảo rằng chỉ có một đường dẫn duy nhất giữa các thiết bị mạng.
* Cách hoạt động
- Giao thức Spanning Tree sử dụng công nghệ Block Port hay còn gọi là ( Alternated Port) Port dự phòng để can thiệp vào quá trình Loop trên hạ tầng mạng.
- Chẳng hạn 3 thiết bị Switch hỗ trợ giao thức STP thì nó sẽ tự phối hợp tính toán với nhau để khóa cổng giao tiếp nào mà tránh được nguy cơ bị Loop trên hệ thống mạng
* Ưu điểm
- Đơn giản và Dễ Triển Khai: STP là giao thức ban đầu và cơ bản nhất, dễ dàng triển khai trong các mạng nhỏ hoặc đơn giản.
- Tương Thích Cao: Hầu hết các thiết bị mạng đều hỗ trợ STP, làm cho nó phù hợp với nhiều loại hạ tầng mạng khác nhau.
- Ngăn Chặn Vòng Lặp Hiệu Quả: Đảm bảo rằng không có vòng lặp trong mạng, giúp duy trì tính ổn định của mạng.
* Nhược điểm
- Thời Gian Hội Tụ Chậm: Mất từ 30 đến 50 giây để hội tụ sau khi xảy ra thay đổi trong mạng, dẫn đến downtime không cần thiết.
- Không Hiệu Quả Cho Các Mạng Lớn: STP không phù hợp cho các mạng lớn hoặc phức tạp do không thể tối ưu hóa lưu lượng tốt.
2. RSTP
* Giới Thiệu
RSTP được sử dụng để khôi phục kết nối sau khi ngừng hoạt động nhưng nó cần thời gian hội tụ gần 60 giây hoặc có thể lâu hơn. Nó chỉ phù hợp với yêu cầu hiệu suất mạng trước đây nhưng không còn đáp ứng nhu cầu mạng hiện nay.
* Cách hoạt động
- Lựa chọn Root Bridge: Tất cả các Switch sẽ tham gia với vai trò Root Bridge. Sau đó, chúng so sánh Bridge ID của mình để xác định Switch nào có Bridge ID nhỏ nhất thì sẽ thành Root. Và tất cả lưu lượng của hệ thống mạng sẽ đổ về con Root Bridge này
- RSTP có ba trạng thái cổng: Discarding, Learning, và Forwarding.
+ Khi một switch khởi động hoặc một cổng mới được kích hoạt, cổng đó sẽ ở trạng thái Discarding trong một khoảng thời gian ngắn.
+ Sau đó, cổng sẽ chuyển sang trạng thái Learning, trong đó switch học các địa chỉ MAC của các thiết bị kết nối vào cổng đó.
+ Cuối cùng, cổng sẽ chuyển sang trạng thái Forwarding, nơi nó chuyển tiếp dữ liệu trong mạng.
- Các loại port trong RSTP
+ Chẳng hạn đứng ở gốc độ của Sw-02 chúng ta sẽ có hai port tham gia trực tiếp vào cây STP đó là Port-01 và Port-03. Trong số hai port này thì sẽ có một port duy nhất đóng vai trò là Root Port. ( Root Port là Port sẽ gởi dữ liệu nhanh nhất đến Root Bridge)
Đối với Designated Port cứ mỗi định kỳ sẽ gởi ra 1 bản tin Hello, nhờ bản tin Hello này mà cây STP nó sẽ cảm nhận được sự thay đổi, từ đó nó sẽ quyết định có mở Port Block hay không.
+ Chỉ có duy nhất Root Bridge mới được quyền gởi ra bản tin Hello, các Switch khác sẽ chỉ được quyền Forward các bản tin Hello này chứ không được quyền phát sinh bản tin Hello.
+ Trong tình huống này nếu Sw-01 đóng vai trò là Root-Bridge thì cứ định kỳ 2 giây 1 lần nó sẽ gởi ra bản tin BPDU / 1 lần. Đứng tại Sw-03 khi nhận được bản tin BPDU nó sẽ chuyển tiếp cho Sw-02 qua Designated Port của nó. Vậy ta thấy Root Port và Block Port sẽ là các Port nhận được bản tin BPDU, Designated Port sẽ là Port chuyển tiếp BPDU. Thông qua luồng này mà giúp được cây STP cảm nhận được có sự thay đổi diễn ra hay không.
3. MSTP
*Khái niệm
MSTP (Multiple Spanning Tree Protocol) là một giao thức mạng được sử dụng để quản lý và tạo các cây Spanning Tree trên các mạng Ethernet có nhiều switch. Giao thức này cho phép các chi nhánh của một mạng Ethernet được phân chia thành các vùng MSTP khác nhau với các tùy chọn cấu hình riêng biệt, giúp tối ưu hóa thông lượng và tăng độ tin cậy của mạng.
* Cách thức hoạt động
Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP) hoạt động theo một quy trình cụ thể nhằm tối ưu hóa hiệu suất và độ ổn định của hệ thống mạng. Dưới đây là các bước chính trong quy trình hoạt động của MSTP:
+ Phân Vùng Mạng
II. Lab Thực Hành
1. STP
Cho mô hình Lab như sau:
* Cấu hình:
Cấu hình trunking trên các SW:
+ Đối với SW1:
+ Đối với SW2:
+ Đối với SW3:
* Các Switch sẽ bầu chọn thống nhất với nhau là Sw nào sẽ có giá trị Priority là thấp nhất thì Sw đó sẽ đóng vai trò là Root Bridge:
Để thực hiện chỉnh giá trị Priority, chúng ta sẽ đứng tại mode Config và thực hiện lệnh:
Sw1(config)# spanning-tree vlan 1 priority 24576
Ở đây, mình chọn giá trị 24576 là vì trong 3 Priority của SW thì đều có giá trị Prority là 28673
sw2
sw3
=> Thì ngay lập tức Sw1 sẽ đóng vai trò là Root Bridge vì Priority của nó là thấp nhất trong hạ tầng mạng
- Nguyên tắc:
+ Trên những Switch không phải là Root Bridge sẽ chỉ có duy nhất một port giữ vai trò Root Port.
+ Root Port là port cung cấp đường về Root Bridge từ đó mà có thể chuyển tiếp dữ liệu.
2. RSTP
- Cấu hình RSTP trên các cổng của SW1:
SW1(config)# interface range e0/0-2
SW1(config-if-range)# spanning-tree portfast trunk
SW1(config-if-range)# spanning-tree link-type point-to-point
SW1(config-if-range)# end
**giới thiệu PVST
- Cấu hình RSTP trên các cổng của SW2
SW2# configure terminal
SW2(config)# spanning-tree mode rapid-pvst
SW2(config)# interface range e0/0-1
SW2(config-if-range)# spanning-tree portfast trunk
SW2(config-if-range)# spanning-tree link-type point-to-point
SW2(config-if-range)# end
- Cấu hình RSTP trên các cổng của SW3
SW3# configure terminal
SW3(config)# spanning-tree mode rapid-pvst
SW3(config)# interface range e0/1-2
SW3(config-if-range)# spanning-tree portfast trunk
SW3(config-if-range)# spanning-tree link-type point-to-point
SW3(config-if-range)# end
sw1
sw2
sw3
3. MSTP
- Kích hoạt MSTP trên SW1
SW1# configure terminal
SW1(config)# spanning-tree mode mst
- Cấu hình MST Region bao gồm:
+ Tên MST Region (cùng trên tất cả các switch).
+ MST Revision Number.
+ Ánh xạ VLAN vào các MST Instance.
// Ánh xạ VLAN vào các MST Instance trong MSTP là quá trình gán các VLAN cụ thể vào các MST Instance khác nhau. MSTP cho phép bạn nhóm các VLAN thành các MST Instance, mỗi MST Instance sẽ có một cây spanning tree riêng biệt. Điều này giúp tối ưu hóa việc sử dụng băng thông và quản lý đường dẫn dự phòng hiệu quả hơn //
SW1(config)# spanning-tree mst configuration
SW1(config-mst)# name MST _1
SW1(config-mst)# revision 1
SW1(config-mst)# instance 1 vlan 10,20
SW1(config-mst)# instance 2 vlan 30,40
SW1(config-mst)# exit
- Đặt SW1 làm Root Bridge cho các MST Instance
SW1(config)# spanning-tree mst 1 root primary
SW1(config)# spanning-tree mst 2 root primary
- Trên SW2 & SW3
# configure terminal
# spanning-tree mode mst
# spanning-tree mst configuration
# name MST _1
# revision 1
# instance 1 vlan 10,20
# instance 2 vlan 30,40
# exit
Kiểm tra kết quả
sw1
sw2
sw3
III. Kết Luận
Qua việc tìm hiểu và thực hành về các giao thức STP, RSTP, và MSTP, chúng ta có thể thấy rõ tầm quan trọng của các giao thức này trong việc ngăn chặn hiện tượng loop ở Layer 2 trong mạng. STP đã đặt nền móng cho việc đảm bảo mạng ổn định và không có xung đột do loop. Tuy nhiên, với sự phát triển của mạng và yêu cầu về hiệu năng, RSTP và MSTP đã ra đời như những phiên bản nâng cao hơn, cung cấp tốc độ hội tụ nhanh hơn và khả năng quản lý nhiều VLAN một cách hiệu quả.
I. Giới thiệu về STP, RSTP, MSTP
1. STP
2. RSTP
3. MSTP
II. Lab Thực Hành
1. STP
2. RSTP
3. MSTP
III. Kết Luận
STP, RSTP, MSTP
I. Giới thiệu về STP, RSTP, MSTP1. STP
* Giới Thiệu
STP (Spanning Tree Protocol) là một giao thức mạng được IEEE định chuẩn hóa (IEEE 802.1D) để ngăn chặn các vòng lặp (loop) trong mạng Layer 2, giúp đảm bảo rằng chỉ có một đường dẫn duy nhất giữa các thiết bị mạng.
* Cách hoạt động
- Giao thức Spanning Tree sử dụng công nghệ Block Port hay còn gọi là ( Alternated Port) Port dự phòng để can thiệp vào quá trình Loop trên hạ tầng mạng.
- Chẳng hạn 3 thiết bị Switch hỗ trợ giao thức STP thì nó sẽ tự phối hợp tính toán với nhau để khóa cổng giao tiếp nào mà tránh được nguy cơ bị Loop trên hệ thống mạng
* Ưu điểm
- Đơn giản và Dễ Triển Khai: STP là giao thức ban đầu và cơ bản nhất, dễ dàng triển khai trong các mạng nhỏ hoặc đơn giản.
- Tương Thích Cao: Hầu hết các thiết bị mạng đều hỗ trợ STP, làm cho nó phù hợp với nhiều loại hạ tầng mạng khác nhau.
- Ngăn Chặn Vòng Lặp Hiệu Quả: Đảm bảo rằng không có vòng lặp trong mạng, giúp duy trì tính ổn định của mạng.
* Nhược điểm
- Thời Gian Hội Tụ Chậm: Mất từ 30 đến 50 giây để hội tụ sau khi xảy ra thay đổi trong mạng, dẫn đến downtime không cần thiết.
- Không Hiệu Quả Cho Các Mạng Lớn: STP không phù hợp cho các mạng lớn hoặc phức tạp do không thể tối ưu hóa lưu lượng tốt.
2. RSTP
* Giới Thiệu
RSTP được sử dụng để khôi phục kết nối sau khi ngừng hoạt động nhưng nó cần thời gian hội tụ gần 60 giây hoặc có thể lâu hơn. Nó chỉ phù hợp với yêu cầu hiệu suất mạng trước đây nhưng không còn đáp ứng nhu cầu mạng hiện nay.
* Cách hoạt động
- Lựa chọn Root Bridge: Tất cả các Switch sẽ tham gia với vai trò Root Bridge. Sau đó, chúng so sánh Bridge ID của mình để xác định Switch nào có Bridge ID nhỏ nhất thì sẽ thành Root. Và tất cả lưu lượng của hệ thống mạng sẽ đổ về con Root Bridge này
- RSTP có ba trạng thái cổng: Discarding, Learning, và Forwarding.
+ Khi một switch khởi động hoặc một cổng mới được kích hoạt, cổng đó sẽ ở trạng thái Discarding trong một khoảng thời gian ngắn.
+ Sau đó, cổng sẽ chuyển sang trạng thái Learning, trong đó switch học các địa chỉ MAC của các thiết bị kết nối vào cổng đó.
+ Cuối cùng, cổng sẽ chuyển sang trạng thái Forwarding, nơi nó chuyển tiếp dữ liệu trong mạng.
- Các loại port trong RSTP
- Root Port:
+ Chẳng hạn đứng ở gốc độ của Sw-02 chúng ta sẽ có hai port tham gia trực tiếp vào cây STP đó là Port-01 và Port-03. Trong số hai port này thì sẽ có một port duy nhất đóng vai trò là Root Port. ( Root Port là Port sẽ gởi dữ liệu nhanh nhất đến Root Bridge)
- Designated Port:
Đối với Designated Port cứ mỗi định kỳ sẽ gởi ra 1 bản tin Hello, nhờ bản tin Hello này mà cây STP nó sẽ cảm nhận được sự thay đổi, từ đó nó sẽ quyết định có mở Port Block hay không.
+ Chỉ có duy nhất Root Bridge mới được quyền gởi ra bản tin Hello, các Switch khác sẽ chỉ được quyền Forward các bản tin Hello này chứ không được quyền phát sinh bản tin Hello.
+ Trong tình huống này nếu Sw-01 đóng vai trò là Root-Bridge thì cứ định kỳ 2 giây 1 lần nó sẽ gởi ra bản tin BPDU / 1 lần. Đứng tại Sw-03 khi nhận được bản tin BPDU nó sẽ chuyển tiếp cho Sw-02 qua Designated Port của nó. Vậy ta thấy Root Port và Block Port sẽ là các Port nhận được bản tin BPDU, Designated Port sẽ là Port chuyển tiếp BPDU. Thông qua luồng này mà giúp được cây STP cảm nhận được có sự thay đổi diễn ra hay không.
- Alternated Port (Block Port): Thông thường PC-A muốn gởi dữ liệu ra Internet thì sẽ gởi theo hướng Sw-02 → Sw-01 → Internet, nếu phân đoạn mạng này xảy ra sự cố thì Sw-02 sẽ lập tức mở Block Port và cho phép dữ liệu người dùng đi ngang qua Interface này để đến được môi trường Internet
3. MSTP
*Khái niệm
MSTP (Multiple Spanning Tree Protocol) là một giao thức mạng được sử dụng để quản lý và tạo các cây Spanning Tree trên các mạng Ethernet có nhiều switch. Giao thức này cho phép các chi nhánh của một mạng Ethernet được phân chia thành các vùng MSTP khác nhau với các tùy chọn cấu hình riêng biệt, giúp tối ưu hóa thông lượng và tăng độ tin cậy của mạng.
* Cách thức hoạt động
Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP) hoạt động theo một quy trình cụ thể nhằm tối ưu hóa hiệu suất và độ ổn định của hệ thống mạng. Dưới đây là các bước chính trong quy trình hoạt động của MSTP:
+ Phân Vùng Mạng
- MSTP chia mạng lưới thành các vùng riêng biệt gọi là Multiple Spanning Tree Instances (MSTIs).
- Mỗi MSTI quản lý một tập hợp các VLANs và có cây spanning tree riêng để tối ưu hóa đường truyền.
- CIST (Common and Internal Spanning Tree) là cây spanning tree chung kết nối tất cả các vùng MSTIs.
- CIST được xây dựng đầu tiên để đảm bảo tất cả các switch trong mạng đều có một cây spanning tree chung.
- Sau khi CIST được thiết lập, mỗi MSTI sẽ xây dựng cây spanning tree riêng của mình.
- Các cây spanning tree này hoạt động độc lập nhưng tuân theo cấu trúc chung của CIST.
- MSTP sử dụng thuật toán spanning tree để chọn đường dẫn tối ưu cho mỗi MSTI.
- Các đường dẫn này được tối ưu hóa để tránh vòng lặp và đảm bảo băng thông tốt nhất.
- MSTP liên tục giám sát và kiểm soát các vòng lặp trong mạng.
- Khi phát hiện vòng lặp, MSTP sẽ tự động điều chỉnh cấu trúc cây spanning tree để loại bỏ vòng lặp.
| Bước | Mô Tả |
| 1 | Phân Vùng Mạng |
| 2 | Xây Dựng CIST |
| 3 | Tạo Các Cây Spanning Tree Riêng Biệt Cho MSTIs |
| 4 | Chọn Đường Dẫn Tối Ưu |
| 5 | Kiểm Soát Vòng Lặp |
II. Lab Thực Hành
1. STP
Cho mô hình Lab như sau:
* Cấu hình:
Cấu hình trunking trên các SW:
+ Đối với SW1:
+ Đối với SW2:
+ Đối với SW3:
* Các Switch sẽ bầu chọn thống nhất với nhau là Sw nào sẽ có giá trị Priority là thấp nhất thì Sw đó sẽ đóng vai trò là Root Bridge:
Để thực hiện chỉnh giá trị Priority, chúng ta sẽ đứng tại mode Config và thực hiện lệnh:
Sw1(config)# spanning-tree vlan 1 priority 24576
Ở đây, mình chọn giá trị 24576 là vì trong 3 Priority của SW thì đều có giá trị Prority là 28673
sw2
sw3
=> Thì ngay lập tức Sw1 sẽ đóng vai trò là Root Bridge vì Priority của nó là thấp nhất trong hạ tầng mạng
- Nguyên tắc:
+ Trên những Switch không phải là Root Bridge sẽ chỉ có duy nhất một port giữ vai trò Root Port.
+ Root Port là port cung cấp đường về Root Bridge từ đó mà có thể chuyển tiếp dữ liệu.
2. RSTP
- Cấu hình RSTP trên các cổng của SW1:
SW1(config)# interface range e0/0-2
SW1(config-if-range)# spanning-tree portfast trunk
SW1(config-if-range)# spanning-tree link-type point-to-point
SW1(config-if-range)# end
**giới thiệu PVST
- Cấu hình RSTP trên các cổng của SW2
SW2# configure terminal
SW2(config)# spanning-tree mode rapid-pvst
SW2(config)# interface range e0/0-1
SW2(config-if-range)# spanning-tree portfast trunk
SW2(config-if-range)# spanning-tree link-type point-to-point
SW2(config-if-range)# end
- Cấu hình RSTP trên các cổng của SW3
SW3# configure terminal
SW3(config)# spanning-tree mode rapid-pvst
SW3(config)# interface range e0/1-2
SW3(config-if-range)# spanning-tree portfast trunk
SW3(config-if-range)# spanning-tree link-type point-to-point
SW3(config-if-range)# end
- spanning-tree mode rapid-pvst: Chuyển chế độ Spanning Tree từ STP sang RSTP theo chuẩn Per-VLAN Spanning Tree (PVST).
- spanning-tree link-type point-to-point: Xác định loại kết nối là Point-to-Point, giúp RSTP xác định nhanh cổng nào cần chuyển sang trạng thái Forwarding khi xảy ra sự cố.
sw1
sw2
sw3
3. MSTP
- Kích hoạt MSTP trên SW1
SW1# configure terminal
SW1(config)# spanning-tree mode mst
- Cấu hình MST Region bao gồm:
+ Tên MST Region (cùng trên tất cả các switch).
+ MST Revision Number.
+ Ánh xạ VLAN vào các MST Instance.
// Ánh xạ VLAN vào các MST Instance trong MSTP là quá trình gán các VLAN cụ thể vào các MST Instance khác nhau. MSTP cho phép bạn nhóm các VLAN thành các MST Instance, mỗi MST Instance sẽ có một cây spanning tree riêng biệt. Điều này giúp tối ưu hóa việc sử dụng băng thông và quản lý đường dẫn dự phòng hiệu quả hơn //
SW1(config)# spanning-tree mst configuration
SW1(config-mst)# name MST _1
SW1(config-mst)# revision 1
SW1(config-mst)# instance 1 vlan 10,20
SW1(config-mst)# instance 2 vlan 30,40
SW1(config-mst)# exit
- Đặt SW1 làm Root Bridge cho các MST Instance
SW1(config)# spanning-tree mst 1 root primary
SW1(config)# spanning-tree mst 2 root primary
- Trên SW2 & SW3
# configure terminal
# spanning-tree mode mst
# spanning-tree mst configuration
# name MST _1
# revision 1
# instance 1 vlan 10,20
# instance 2 vlan 30,40
# exit
Kiểm tra kết quả
sw1
sw2
sw3
III. Kết Luận
Qua việc tìm hiểu và thực hành về các giao thức STP, RSTP, và MSTP, chúng ta có thể thấy rõ tầm quan trọng của các giao thức này trong việc ngăn chặn hiện tượng loop ở Layer 2 trong mạng. STP đã đặt nền móng cho việc đảm bảo mạng ổn định và không có xung đột do loop. Tuy nhiên, với sự phát triển của mạng và yêu cầu về hiệu năng, RSTP và MSTP đã ra đời như những phiên bản nâng cao hơn, cung cấp tốc độ hội tụ nhanh hơn và khả năng quản lý nhiều VLAN một cách hiệu quả.
