Mục tiêu của thí nghiệm Layer 2 Loop:​

• Hiểu cách các giao thức Spanning Tree hoạt động để ngăn chặn loop trong mạng Layer 2.
• Thực hiện các thí nghiệm với từng giao thức: STP, RSTP, và MSTP.
• Đánh giá hiệu suất và thời gian hội tụ của mỗi giao thức khi có sự thay đổi trong cấu trúc mạng.

Các giao thức ngăn chặn loop:​

• STP (Spanning Tree Protocol): Là giao thức đầu tiên được thiết kế để ngăn chặn loop bằng cách vô hiệu hóa một số liên kết trong mạng, tạo ra cấu trúc cây.
• RSTP (Rapid Spanning Tree Protocol): Là phiên bản cải tiến của STP, cho phép thời gian hội tụ nhanh hơn khi mạng có sự thay đổi.
• MSTP (Multiple Spanning Tree Protocol): Là giao thức cho phép quản lý nhiều instance STP cho các VLAN khác nhau, tối ưu hóa hiệu quả sử dụng tài nguyên mạng.

Thiết lập môi trường STP​

• Thiết bị cần thiết: Sử dụng ít nhất 3 switch trong mô phỏng.
• Kết nối: Kết nối các switch với nhau theo hình tam giác hoặc hình vòng.
• Cấu hình STP: Kích hoạt giao thức STP trên các switch để quản lý luồng dữ liệu trong mạng.

​

​

​

• S1 không phải là Root Bridge, nhưng có cổng Fa0/2 làm Root Port kết nối đến Root Bridge.
• Fa0/1 đang ở trạng thái Blocking để ngăn chặn loop trong mạng.

​

• S3 là Root Bridge trong hệ thống mạng của VLAN 1.
• Cả hai cổng Fa0/1 và Fa0/3 đều là Designated Port và đang ở trạng thái Forwarding, chịu trách nhiệm chuyển tiếp lưu lượng vì S3 là trung tâm của mạng.
• Không có cổng nào trên S3 ở trạng thái Blocking, vì S3 là Root Bridge và không có loop trực tiếp trong cấu hình mạng này.

• 3 switch (S1, S2, S3)
• Kết nối tương tự như LAB STP:
  
  • S1 kết nối với S2 qua cổng FastEthernet 0/1
  • S2 kết nối với S3 qua cổng FastEthernet 0/2
  • S3 kết nối lại với S1 qua cổng FastEthernet 0/3

​

​

​

• 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.

​

• S2 hiện là Root Bridge trong hệ thống mạng của VLAN 1, tất cả các cổng trên S2 đều ở trạng thái Forwarding.
• Cả hai cổng Fa0/1 và Fa0/2 trên S2 đều được gán vai trò Designated Port và chuyển tiếp lưu lượng vì không có sự cạnh tranh nào với các switch khác để trở thành Root Bridge.

• 3 switch (S1, S2, S3)
• Mô hình kết nối tương tự như các LAB trước:
  
  • S1 kết nối với S2 qua cổng FastEthernet 0/1
  • S2 kết nối với S3 qua cổng FastEthernet 0/2
  • S3 kết nối lại với S1 qua cổng FastEthernet 0/3
• Tạo hai MST instances (MSTI):
  
  • MSTI 1: Được ánh xạ cho VLAN 10 và VLAN 20.
  • MSTI 2: Được ánh xạ cho VLAN 30 và VLAN 40.

​

Switch> enable
Switch# configure terminal
Switch(config)# hostname S1
Switch(config)# spanning-tree mode mst
Switch(config)# spanning-tree mst configuration
Switch(config-mst)# name MST-Lab
Switch(config-mst)# revision 1
Switch(config-mst)# instance 1 vlan 10,20
Switch(config-mst)# instance 2 vlan 30,40
Switch(config-mst)# exit
Switch(config)# interface range fastethernet 0/1 - 2
Switch(config-if-range)# spanning-tree mst 1
Switch(config-if-range)# spanning-tree mst 2

Click to expand...

Switch> enable
Switch# configure terminal
Switch(config)# hostname S2
S2(config)# spanning-tree mode mst
S2(config)# spanning-tree mst configuration
S2(config-mst)# name MST-Lab
S2(config-mst)# revision 1
S2(config-mst)# instance 1 vlan 10,20
S2(config-mst)# instance 2 vlan 30,40
S2(config-mst)# exit
S2(config)# interface fastethernet 0/1
S2(config-if)# spanning-tree mst 1
S2(config-if)# exit
S2(config)# interface fastethernet 0/2
S2(config-if)# spanning-tree mst 2
S2(config-if)# exit

Click to expand...

Switch> enable
Switch# configure terminal
Switch(config)# hostname S3
S3(config)# spanning-tree mode mst
S3(config)# spanning-tree mst configuration
S3(config-mst)# name MST-Lab
S3(config-mst)# revision 1
S3(config-mst)# instance 1 vlan 10,20
S3(config-mst)# instance 2 vlan 30,40
S3(config-mst)# exit
S3(config)# interface fastethernet 0/1
S3(config-if)# spanning-tree mst 1
S3(config-if)# exit
S3(config)# interface fastethernet 0/3
S3(config-if)# spanning-tree mst 2
S3(config-if)# exit

Click to expand...

Giải thích các lệnh cấu hình:​

• spanning-tree mode mst: Chuyển chế độ Spanning Tree sang MSTP.
• spanning-tree mst configuration: Chuyển vào chế độ cấu hình MST.
• name MST-Lab: Đặt tên cho domain MST (tên phải giống nhau trên tất cả các switch tham gia vào cùng domain MST).
• revision 1: Xác định phiên bản MST (revision number) để đồng bộ giữa các switch.
• instance 1 vlan 10,20: Ánh xạ VLAN 10 và VLAN 20 vào MST instance 1 (MSTI 1).
• instance 2 vlan 30,40: Ánh xạ VLAN 30 và VLAN 40 vào MST instance 2 (MSTI 2).
• spanning-tree mst [instance]: Áp dụng instance MST tương ứng cho các cổng kết nối giữa các switch.

S1# show spanning-tree mst

Click to expand...

Spanning Tree Protocol (STP - 802.1D)​

Điểm mạnh:​

• Cơ bản và đơn giản: STP là giao thức cơ bản để ngăn chặn loop trong mạng Ethernet, rất phổ biến và được hỗ trợ rộng rãi.
• Đảm bảo loop-free: STP đảm bảo rằng chỉ có một đường truyền dữ liệu duy nhất giữa các switch, ngăn ngừa vòng lặp dữ liệu.

Hạn chế:​

• Thời gian hội tụ chậm: STP mất thời gian dài để khôi phục trạng thái ổn định sau sự cố (khoảng 30 - 50 giây). Điều này do các trạng thái cổng (Blocking, Listening, Learning, Forwarding) và các khoảng thời gian delay cố định.
• Khả năng mở rộng hạn chế: STP chỉ sử dụng một instance duy nhất cho tất cả các VLAN, điều này có thể dẫn đến không tối ưu tài nguyên và băng thông trong các mạng lớn với nhiều VLAN.

Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP - 802.1w)​

Điểm mạnh:​

• Thời gian hội tụ nhanh: RSTP cải thiện thời gian hội tụ đáng kể (chỉ mất vài giây) so với STP. RSTP bỏ qua các trạng thái Listening và Learning của STP.
• Tương thích ngược: RSTP có khả năng tương thích ngược với STP, cho phép tích hợp dễ dàng vào các mạng hiện có đang sử dụng STP.
• Hiệu quả hơn trong việc xử lý link failover: RSTP nhanh chóng phát hiện và xử lý các sự cố liên quan đến liên kết.

Hạn chế:​

• Không hỗ trợ ánh xạ VLAN: RSTP vẫn sử dụng một instance Spanning Tree duy nhất cho toàn bộ mạng, không hỗ trợ ánh xạ nhiều VLAN như MSTP.
• Có thể yêu cầu cập nhật cấu hình: Các mạng cũ sử dụng STP có thể cần phải cập nhật cấu hình hoặc phần mềm để hỗ trợ đầy đủ RSTP.

Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP - 802.1s)​

Điểm mạnh:​

• Ánh xạ VLAN vào nhiều instance: MSTP cho phép ánh xạ nhiều VLAN vào các instance MST khác nhau (MSTI), giúp tối ưu hóa băng thông và tài nguyên mạng.
• Cải thiện hiệu suất và quản lý: Với MSTP, mỗi instance MST có thể có cấu hình STP riêng, cho phép các VLAN hoạt động hiệu quả hơn mà không bị ảnh hưởng lẫn nhau.
• Thời gian hội tụ nhanh: MSTP sử dụng cơ chế RSTP cho từng instance, do đó, thời gian hội tụ nhanh chóng.

Hạn chế:​

• Cấu hình phức tạp hơn: MSTP có cấu hình phức tạp hơn so với STP và RSTP, yêu cầu các switch trong cùng một MST Region phải có cấu hình đồng nhất.
• Tương thích hạn chế: MSTP có thể gặp khó khăn trong việc tích hợp với các thiết bị không hỗ trợ MSTP hoặc có cấu hình STP/RSTP khác.