[LAB 07] Tìm hiểu giao thức ngăn chặn Layer2 Loop (STP, RSTP, MSTP)​

I. Các giao thức ngăn chặn Layer2 loop

• Giá trị Priority: Priority là một số nguyên 16 bit, với giá trị mặc định là 32768 trên hầu hết các switch. Giá trị này có thể được thay đổi để ảnh hưởng đến việc bầu chọn root bridge.
• Phạm vi: Giá trị priority có thể được đặt trong phạm vi từ 0 đến 61440, và nó phải là bội số của 4096 (do yêu cầu về cấu trúc của STP).

• Chọn Root Bridge
• Chọn Root Port
• Chọn Designated Port và non-Designated Port

- Cách hoạt động của STP:​

• Bầu chọn root bridge:
  • Root bridge là switch trung tâm trong mạng STP. Tất cả các đường đi trong mạng đều được tính toán dựa trên root bridge.
  • Mỗi switch trong mạng STP sẽ gửi Bridge Protocol Data Units (BPDUs) để bầu chọn root bridge. BPDU bao gồm Bridge ID, bao gồm địa chỉ MAC của switch và giá trị priority (mặc định là 32768).
  • Switch có Bridge ID thấp nhất sẽ được chọn làm root bridge. Nếu tất cả các switch có cùng giá trị priority, switch có địa chỉ MAC thấp nhất sẽ trở thành root bridge.
• Bầu chọn cổng Root và Designated:
  • Root Port: Là cổng có đường đi ngắn nhất đến root bridge trên mỗi switch không phải root. Mỗi switch chỉ có một Root Port.
  • Designated Port: Là cổng trên một đoạn mạng (segment) có chi phí thấp nhất để đến root bridge. Designated Port sẽ chịu trách nhiệm chuyển tiếp lưu lượng từ đoạn mạng đó.
• Blocking và Forwarding:
  • Các cổng không phải là Root Port hoặc Designated Port sẽ chuyển sang trạng thái blocking để ngăn chặn vòng lặp. Các cổng Root và Designated sẽ ở trạng thái forwarding để truyền lưu lượng.

- Quá trình hội tụ: ​

• STP mất khoảng 30-50 giây để hội tụ sau khi phát hiện sự thay đổi trong mạng do phải trải qua các trạng thái (Blocking, Listening, Learning, Forwarding).

- Ưu điểm:​

• Đơn giản: STP rất đơn giản để triển khai và cấu hình, vì đây là giao thức gốc của IEEE 802.1D được hỗ trợ rộng rãi trên hầu hết các thiết bị mạng.
• Tính ổn định: Khi mạng đã hội tụ, STP cung cấp một cấu trúc mạng ổn định, không có vòng lặp Layer 2.
• Tương thích: Do STP là giao thức cơ bản và lâu đời, nó tương thích với nhiều thiết bị và môi trường mạng.

- Nhược điểm:​

• Thời gian hội tụ chậm: Một trong những nhược điểm lớn nhất của STP là thời gian hội tụ chậm (30-50 giây), đặc biệt trong các mạng lớn. Điều này có thể dẫn đến mất kết nối tạm thời khi có sự cố mạng.
• Sử dụng tài nguyên không hiệu quả: STP chỉ sử dụng một đường duy nhất để truyền tải dữ liệu, trong khi các đường khác bị chặn, dẫn đến lãng phí tài nguyên mạng.
• Quản lý VLAN không linh hoạt: STP không hỗ trợ quản lý VLAN một cách hiệu quả, vì mỗi VLAN cần một instance riêng biệt nếu cần triển khai theo VLAN.

Cách hoạt động của RSTP:​

• Bầu chọn root bridge:
  • Quá trình bầu chọn root bridge trong RSTP tương tự như STP. Switch có Bridge ID thấp nhất sẽ được chọn làm root bridge.
• Cải tiến trong RSTP:
  • Port Roles: RSTP giới thiệu các vai trò cổng mới, bao gồm Root Port, Designated Port, và Alternate Port (dự phòng), giúp mạng chuyển đổi nhanh hơn khi có thay đổi.
  • Port States: RSTP giảm số lượng trạng thái cổng xuống còn 3: Discarding, Learning, và Forwarding. Điều này giúp mạng hội tụ nhanh hơn.
  • Fast Transition: Các cổng có thể nhanh chóng chuyển từ trạng thái blocking sang forwarding mà không cần trải qua thời gian chờ như trong STP.

Quá trình hội tụ:​

• RSTP chỉ mất 2-6 giây để hội tụ, nhanh hơn rất nhiều so với STP.

Ưu điểm:​

• Thời gian hội tụ nhanh: RSTP có khả năng hội tụ nhanh hơn rất nhiều so với STP (2-6 giây), giúp giảm thiểu thời gian gián đoạn khi có thay đổi trong mạng.
• Cải thiện hiệu suất: Các cổng trong RSTP có thể chuyển nhanh hơn từ trạng thái chờ sang trạng thái chuyển tiếp, giúp tăng hiệu suất của mạng.
• Tương thích ngược: RSTP vẫn tương thích ngược với STP, nên có thể triển khai trong các mạng sử dụng STP mà không cần thay đổi lớn.

Nhược điểm:​

• Vẫn thiếu tối ưu hóa cho VLAN: Mặc dù RSTP cải thiện hiệu suất, nó vẫn gặp khó khăn trong việc quản lý các VLAN lớn, vì mỗi VLAN cần một instance riêng biệt.
• Sử dụng tài nguyên không tối ưu: Giống như STP, RSTP cũng không sử dụng hiệu quả tài nguyên mạng khi có nhiều đường dự phòng bị chặn.

​

Cách hoạt động của MSTP:​

• Region Configuration:
  • Mạng MSTP được chia thành các MST Region, mỗi region có cùng một cấu hình MST. Các switch trong cùng một region sẽ có cùng một bảng ánh xạ VLAN-to-instance.
• Bầu chọn root bridge:
  • Quá trình bầu chọn root bridge trong MSTP diễn ra riêng biệt cho từng MST instance (MSTI). Mỗi instance có một root bridge riêng, được bầu chọn tương tự như trong STP hoặc RSTP dựa trên Bridge ID và priority.
• Mapping VLANs to Instances:
  • Các VLANs được ánh xạ với các MSTI, giúp quản lý hiệu quả lưu lượng mạng và tối ưu hóa tài nguyên. Các MSTI hoạt động như các spanning tree độc lập trong cùng một mạng vật lý.
• Quản lý đa instance:
  • MSTP cho phép các switch trong cùng một MST Region chia sẻ nhiều spanning tree instance, nhưng không yêu cầu mỗi VLAN có một spanning tree riêng như trong RSTP. Điều này giảm thiểu tài nguyên xử lý và bộ nhớ.

• MSTP hội tụ nhanh tương tự như RSTP, vì nó dựa trên nền tảng của RSTP. Tuy nhiên, sự hội tụ của mỗi MSTI là độc lập.

• Quản lý VLAN hiệu quả: MSTP cho phép ánh xạ nhiều VLAN vào một instance MST, giảm thiểu số lượng instance cần quản lý và tối ưu hóa sử dụng tài nguyên mạng.
• Tối ưu hóa tài nguyên mạng: MSTP sử dụng tài nguyên mạng hiệu quả hơn bằng cách cho phép nhiều instance hoạt động đồng thời trên cùng một mạng vật lý.
• Tốc độ hội tụ nhanh: MSTP kế thừa tốc độ hội tụ nhanh từ RSTP, đảm bảo rằng mạng có thể nhanh chóng phục hồi sau sự cố.
• Khả năng mở rộng: MSTP rất phù hợp cho các mạng lớn và phức tạp, đặc biệt là các mạng có nhiều VLAN cần quản lý.

• Cấu hình phức tạp: So với STP và RSTP, MSTP yêu cầu cấu hình phức tạp hơn, đòi hỏi người quản trị mạng có kiến thức sâu về MSTP và cách ánh xạ VLAN.
• Tương thích: MSTP có thể gặp vấn đề tương thích khi triển khai cùng với các thiết bị cũ chỉ hỗ trợ STP hoặc RSTP.

II. Mô hình

1. STP

SW1# configure terminal
SW1(config)# spanning-tree vlan 1 priority 4096
SW1(config)# end
SW1# write memory

SW2# configure terminal
SW2(config)# spanning-tree vlan 1 priority 8192
SW2# end
SW2# write memory

SW3# configure terminal
SW3(config)# spanning-tree vlan 1 priority 8192
SW3(config)# end
SW3# write memory

2. RSTP

SW1# configure terminal
SW1(config)# spanning-tree mode rapid-pvst
SW1(config)# spanning-tree vlan 1 priority 4096
SW1(config)# end
SW1# write memory

SW2# configure terminal
SW2(config)# spanning-tree mode rapid-pvst
SW2(config)# spanning-tree vlan 1 priority 8192
SW2(config)# end
SW2# write memory

SW3# configure terminal
SW3(config)# spanning-tree mode rapid-pvst
SW3(config)# spanning-tree vlan 1 priority 20480
SW3(config)# end
SW3# write memory

3. MSTP

SW1# configure terminal
SW1(config)# spanning-tree mode mst
SW1(config)# spanning-tree mst configuration
SW1(config-mst)# name HD
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
SW1(config)# spanning-tree mst 1 root secondary
SW1(config)# spanning-tree mst 2 root secondary
SW1(config)# end
SW1# write memory

SW2# configure terminal
SW2(config)# spanning-tree mode mst
SW2(config)# spanning-tree mst configuration
SW2(config-mst)# name HD
SW2(config-mst)# revision 1
SW2(config-mst)# instance 1 vlan 10,20
SW2(config-mst)# exit
SW2(config)# spanning-tree mst 1 root primary
SW2(config)# end
SW2# write memory

SW3# configure terminal
SW3(config)# spanning-tree mode mst
SW3(config)# spanning-tree mst configuration
SW3(config-mst)# name HD
SW3(config-mst)# revision 1
SW3(config-mst)# instance 2 vlan 30,40
SW3(config-mst)# exit
SW3(config)# spanning-tree mst 2 root primary
SW3(config)# end
SW3# write memory

• spanning-tree mode mst: Đặt chế độ hoạt động của Switch vào MST.
• spanning-tree mst configuration: Bắt đầu cấu hình cho các MST Instance.
• name HD: Đặt tên cho cấu hình MSTP, đảm bảo tính nhất quán giữa các Switch.
• revision 1: Xác định số phiên bản của cấu hình MSTP.
• instance 1 vlan 1-500: Tạo MST Instance 1 và ánh xạ VLAN từ 1 đến 500 vào Instance này.

III. Kết luận