Nguyễn Văn Huấn
Intern
Khi nhận một gói tin, Switch sẽ tra bảng MAC Address, nếu không tồn tại địa chỉ MAC đích thì chúng sẽ tự động broadcast gói tin đó ra tất cả các cổng (trừ cổng nhận). Điều này sẽ dấn đến một vòng lặp gói tin khi có nhiều Switch kết nối lẫn nhau làm quá tải băng thông và giảm hiệu năng hệ thống mạng. Nếu ở layer 3 thì cơ chế chống vòng lặp là trường TTL (Time-to-live) trong packet thì layer 2 có các cơ chế chống lặp khác là STP, RSTP, MSTP.
Mục lục
STP
RSTP
MSTP
Nội dung
1. STP (Spanning Tree Protocol)
Bầu chọn Root Bridge STP
Các vai trò của Port trong RSTP3. MSTP (Multiple Spanning Tree Protocol)
RSTP
MSTP
STP
Mục lục
STP
RSTP
MSTP
Nội dung
1. STP (Spanning Tree Protocol)
- Là giao thức chống vòng lặp gói tin ở layer 2 khi có nhiều Switch kết nối với nhau bằng nhiều interface khác nhau và đồng thời các interface đó đều hoạt động cùng lúc
- Được chuẩn hóa ở chuẩn IEEE 802.1D bằng cách trao đổi BPDU messages với các Switch khác để phát hiện vòng lặp, từ đó loại bỏ vòng lặp bằng cách tắt đi một interface
- STP sẽ đảm bảo rằng chỉ có một và chỉ một interface hoạt động giữa 2 hoặc nhiều thiết bị mạng, nếu có nhiều interface hoạt động sẽ gây ra loop, dẫn đến trùng lặp gói tin tại nơi nhận
- STP sẽ định nghĩa ra một sơ đồ đường đi từ root-device (thiết bị quản lý) qua việc bầu chọn giữa các thiết bị (thường là Switch)
- Các tiêu chí bầu chọn root-device: dựa trên Bridge ID (BID), một giá trị duy nhất của mỗi Switch, bao gồm 2 thành phần là:
- Bridge Priority (độ ưu tiên): là tiêu chí chính, do user cấu hình, mặc định là 32768 (phạm vi từ 0 đến 61440, bước nhảy là 4096)
- MAC Address (địa chỉ MAC): được dùng làm tiêu chí phụ khi Bridge Priority là bằng nhau
- Quy trình bầu chọn:
- Khi các Switch khởi động, chúng sẽ gửi BPDU (Bridge Protocol Data Unit) ra tất cả các cổng. BDPU chứa các thông tin về Bridge ID của Switch gửi và Root Bridge mà nó cho là đúng (ban đầu, Switch nào cũng đều là Root)
- So sánh BPDU: Nếu Bridge ID nào nhỏ nhất thì sẽ được làm root-device
- Ví dụ bầu chọn root-device:
Bầu chọn Root Bridge STP
- Dựa vào Priority thì Switch C sẽ làm root-device, không quan tâm đến tiêu chí phụ MAC address, Trong trường hợp Priority bằng nhau thì xét đến MAC Address, so sánh từ trái sang phải, số nhỏ nhất đầu tiên thì địa chỉ MAC đó là nhỏ nhất. Ví dụ: MAC A = 11:22:33:44:55:15, MAC B = 11:22:33:34:55:66 và MAC C = 11:22:33:44:55:66 thì MAC B sẽ là nhỏ nhất
- Cách hoạt động:
- Khi xác định được root-device thì các Switch còn lại sẽ tính toán đường đi ngắn nhất đến root-device dựa trên path cost (chi phí) được xác định bởi tốc độ liên kết (10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps)
- Chặn các cổng dư thừa: các cổng gây ra vòng lặp sẽ đưa vào trạng thái Blocking trong khi các cổng dẫn đến root-device sẽ ở trạng thái Forwarding
- Các trạng thái của cổng bao gồm:
- Blocking: không chuyển tiếp frame, chỉ lắng nghe BPDU
- Listening: chuẩn bị tham gia chuyển tiếp, xử lý BPDU
- Learning: học địa chỉ MAC nhưng không tham gia chuyển tiếp frame
- Forwarding: chuyển tiếp frame
- Disabled: cổng bị tắt
- Timer:
- Hello Time: mặc định là 2 giây, thời gian Root Bridge gửi BPDU
- Max Age: thời gian tối đa (mặc định là 20 giây) một switch chờ BPDU trước khi cho rằng Root Bridge bị lỗi
- Forward Delay: tổng thời gian ở trạng thái Listening và Learning (mặc định là 15 giây mỗi trạng thái)
- Về chức năng và cách thức hoạt động của RSTP có phần tương đồng với STP nhưng có một số cải tiến so với STP
- Chuẩn hóa ở chuẩn IEEE 802.1w (STP là IEEE 802.1D)
- RSTP khắc phục nhược điểm chậm hội tụ của STP (30-50 giây) xuống còn vài giây (thường là 6 giây)
- Nếu STP phải chờ qua các trạng thái Listening và Learning cộng với Max Age khi topology có thay đổi thì RSTP sử dụng cơ chế Proposal/Agreement để đồng bộ hóa nhanh trạng thái cổng giữa các Switch. Thời gian hội tụ giảm từ 50 giây còn 1-6 giây
- Rút gọn các trạng thái cổng còn 3 trạng thái là:
- Discarding: thay thế Blocking và Listening
- Learning: học địa chỉ MAC
- Forwarding: chuyển tiếp gói tin
- Vai trò của cổng:
- Root Port: cổng có đường đi ngắn nhất đến Root Bridge
- Designated Port: cổng chuyển tiếp frame trên mỗi segment
- Alternate Port: dự phòng cho Root Port, thay thế khi Root Port gặp sự cố
- Backup Port: dự phòng cho Designated Port trên cùng segment
- Cơ chế Proposal/Agreement:
- Proposal: một Switch sẽ gửi BPDU đề xuất vai trò cổng khi phát hiện có thay đổi topology
- Agreement: Switch láng giềng sẽ đồng ý và đồng bộ hóa vai trò cổng ngay lập tức -> giảm thời gian hội tụ, chuyển từ Discarding -> Forwarding mà không cần Listening/Learning
- BPDU liên tục:
- Mọi Switch đều gửi BPDU mỗi 2 giây ngay cả khi không nhận được từ Root. Nếu mất 3 BPDU liên tiếp thì Switch phát hiện lỗi và tái cấu hình
- Phát hiện thay đổi topology
- Khi phát hiện có thay đổi trong topology, Switch gửi BPDU và cờ Topology Change báo hiệu cho các Switch khác xóa bảng MAC và đồng bộ hóa nhanh
- Bầu chọn Root Bridge: giống STP nhưng vai trò của các cổng có chút khác biệt:
- Root Port: Cổng có chi phí thấp nhất đến Root Bridge
- Designated Port: cổng tốt nhất trên mỗi segment để chuyển tiếp frame
- Alternate Port: dự phòng, chặn frame, sẵn sàng thay thế Root Port
Các vai trò của Port trong RSTP
- Là giao thức mở rộng từ RSTP, được thiết kế để cải thiện hiệu quả và khả năng mở rộng trong mạng Layer 2 có nhiều VLAN
- Chuẩn hóa ở chuẩn IEEE 802.1s
- Cho phép nhóm nhiều VLAN vào một instance Spanning Tree (MST Instance - MSTI), giảm tải việc chạy từng instance riêng cho từng VLAN như RSTP
- Giảm số lượng instance Spanning Tree -> tối ưu tài nguyên
- Cân bằng tải: cho phép các nhom VLAN dùng các đường dẫn khác nhau, tận dùng các liên kết dư thừa
- Kế thừa tốc độ hội tụ từ RSTP (1-6 giây) ngoài ra còn áp dụng cơ chế này cho nhiều VLAN cùng lúc
- Nhóm nhiều VLAN vào trong 1 instance (MSTI), ví dụ VLAN 10-20 vào MSTI 1, VLAN 30-40 vào MSTI 2, giảm từ 20 instance xuống còn 2 instance
- Có khả năng cân bằng tải khi có thể cấu hình cho các VLAN dùng các đường khác nhau, tối ưu hiệu năng
- MST Region: chia mạng thành các region dựa trên cấu hình (tên region, revision number, bảng ánh xạ VLAN-to-instance). Các Switch trong cùng region có thể phối hợp để chạy MSTP
- IST (Internal Spanning Tree): trong mỗi region, MSTI 0 (gọi là IST) chạy để kết nối với các switch ngoài region và đảm bảo không có vòng lặp toàn cục. IST tương tác với Common Spanning Tree (CST) bên ngoài region
- Cách hoạt động:
- Bầu chọn Root Bridge: tương tự RSTP
- Ánh xạ VLAN: user cấu hình VLAN nào sẽ thuộc region nào
- Xây dựng cây: mỗi MSTI tính toán cây Spanning Tree riêng, dùng cơ chế Proposal/Agreement của RSTP
- Kết nối ngoài region: IST giao tiếp với CST để kết nối các region hợac switch không chạy MSTP
| Tiêu chí so sánh | STP | RSTP | MSTP |
| Thời gian hội tụ | 30-50 giây | 1-6 giây | 1-6 giây |
| Phát hiện thay đổi topology | Chờ Max Age (20 giây) | Mất 3 BPDU (6 giây) | 6 giây tương tự RSTP |
| Xử lý lỗi | Chậm | Nhanh với flag Topology Change trong BPDU | Nhanh |
| Cân bằng tải | Không | Có, mỗi VLAN dùng 1 instance riêng | Có, gom nhiều VLAN dùng chung 1 instance |
| Hỗ trợ VLAN | Không | Có, số lượng instance = số lượng VLAN | Có, tối ưu tài nguyên bằng MSTI |
| Ứng dụng | Mạng nhỏ, đơn giản, không cần chia VLAN | Mạng vừa, cần hội tự nhanh, quy mô vài chục VLAN | Mạng lớn, phức tạp, quy mô hàng trăm VLAN |
Bảng so sánh các giao thức
Tài liệu tham khảo
RSTP
MSTP
STP
Đính kèm
Sửa lần cuối:
Bài viết liên quan
Bài viết mới
