Giao thức RSTP

Tiếp nối series “Tự Học CCNAx” như mọi người đã biết khả năng cắt loop và xóa bỏ single point of failure một hệ thống mạng của STP rất hiệu quả, nhưng bên cạnh đó STP lại có nhược điểm là thời gian hội tụ rất chậm, để giải quyết vấn đề tốc độ hội tụ của hệ thống mạng IEEE đã đưa ra 802.1w giao thức RSTP (Rapid Spanning Tree) để cải thiện đáng kể thời gian hội tụ của mạng và Cisco cũng đưa ra giải pháp pVSTP+ (Per VLAN Spanning Tree) để cải thiện thời gian hội tụ và cải thiện sự lãng phí băng thông đường truyền. Nên hôm nay mình xin chia sẻ về giao thức RSTP, pVST+ và cách thức mà 2 giao thức này hoạt động trong một hệ thống mạng. Mọi người cùng theo dõi với mình nhé!

Bài viết nên xem qua :
Series “Tự học CCNAx”

1. Giới thiệu giao thức Rapid Spanning tree

2.New Port States và Port Roles của Rapid Spanning tree

2.1 Port states

2.2 Port Roles

2.2.1 Root Port Roles

2.2.2 Designated Port Role

2.2.3 Alternate và Backup Port Roles

3. Giới thiệu pVST+(Per VLAN Spanning Tree) và cách thức hoạt động

1.Giới thiệu giao thức RSTP

IEEE 802.1w Rapid Spanning Tree Protocol là phiên bản nâng cấp của STP mục đích để giảm thời gian hội tụ, cisco đã nâng cấp chuẩn STP gốc với các đặc tính kĩ thuật như Uplink Fast, Backbone Fast, Port Fast để tăng tốc độ hội tụ mạng, nhưng hạn chế của một số kỹ thuật này là có các cơ chế độc quyền và cần thêm vào cấu hình chính. RSTP được xem là một phiên bản nâng cấp phát triển của STP. Trong một vài trường hợp perform của giao thức RSTP tốt hơn.

2.New Port States và Port Roles của giao thức RSTP

802.1D được định nghĩa 5 trạng thái port khác nhau bao gồm:

– Disabled

– Listening

– Learning

– Blocking

– Forwarding

Các trạng thái mới của RSTP so với STP bao gồm: New Port Roles, States and Types, New Link Types.

2.1 Port states

Có 3 trạng thái port (port states) trong giao thức RSTP. RSTP đã nâng cấp 3 trạng thái port disabled, blocking, listening thành Discarding port.

H1. Các trạng thái mới của giao thức RSTP

2.2 Port Roles

Vai trò của Root Port và Designated port vẫn được duy trì, trong khi vai trò của blocking port bị chia ra thành backup port và alternate port. Thuật toán Spanning Tree Algorithm(STA) xác nhận vai trò của port thông qua bản tin BPDUs và để đơn giản hóa vấn đề những thứ cần nhớ về BPDU là khi so sánh 2 bản tin BPDU xem cái nào tốt hơn cái còn lại thì dựa vào giá trị được lưu trữ trong BPDU mà port được nhận để đánh giá độ mới, độ tốt của bản tin BPDU.

2.2.1 Root Port Roles trong giao thức RSTP

Port này nhận BPDU tốt nhất trên Sw làm Root port. Đây là port có tổng đường về root bridge ngắn nhất.

Thuật toán STA sẻ bầu chọn 1 root bridge trong toàn bộ Bridged network (per-VLAN). Root bridge này sẻ gửi các gói tin BPDUs tốt hơn những bridge khác. Và Root bridge là bridge không là Root port, tất cả các bridges khác nhận BPDU có ít nhất một Root port.

2.2.2 Designated Port Role trong RSTP

Port trở thành designated nếu nó có thể gửi BPDU tốt nhất trong một segment mà nó được kết nối đến. 802.1D bridge kết nối đến các segment khác như Ethernet segment để tạo một bridge domain. Trong một phân đoạn mạng nhất định, có thể có chỉ một đường đến root bridge, nếu có 2 đường sẻ có bridging loop trong mạng. Tất cả các bridge được kết nối trong một phân đoạn mạng sẻ lắng nghe gói tin BPDU lẫn nhau và chấp nhận bridge gửi BPDU tốt nhất là designated bridge cho một phân đoạn này.

2.2.3 Alternate và Backup Port Roles của giao thức RSTP

Có 2 port roles trao đổi trạng thái blocking state của 802.1D. Blocked port được định nghĩa nó sẻ không là designated port hay root port. Blocked port nhận nhiều BPDUs hơn nó gửi ra ngoài một phân đoạn mạng. nhớ rằng blocked port cần nhận BPDUs để duy trì trạng thái blocked.
Alternate port nhận nhiều BPDUs hơn từ những bridge khác hơn và nó là port blocked.

Backup port nhận nhiều BPDUs từ cùng bridge và nó là port blocked.

Alternate port cung cấp đường thay thế đến Root bridge và do đó nó có thể thay thế vai trò của root port nếu root port fail. Dĩ nhiên, backup port cũng cung cấp tính kết nối dự phòng trên cùng một phân đoạn mạng và không thể đảm bảo kết nối thay thế đến root bridge. Do đó bị loại ra khỏi uplink group.

Giao thức RSTP đã thiết lập lại đáng kể việc phân loại các thuộc tính cổng và liên kết để sắp xếp và tối ưu hóa hoạt động của nó như port states, port roles, port types:

Số trạng thái port đã giảm từ 5 trạng thái chỉ còn 3 trạng thái là Discarding, Learning và Forwarding, trong đó Discarding và Forwarding là trạng thái ổn định, Learning là trạng thái chuyển tiếp.
Trong RSTP Discarding không forward được data frame, không nhận data frame hay hoặc địa chỉ MAC bất kể khi port shutdown, failed.

Vai trò các port được định nghĩa như sau:

– Root port: vẫn duy trì như cũ.
– Designated Port: vẫn duy trì như cũ.
– Alternate Port: thay thế cho Sw làm Root Port, có thể nhận BPDUs từ các Sw khác nhưng không đưa ra yêu cầu trở thành Root hay Designated. Khi mất Root Port thì Alternate port sẻ nhận BPDUs tốt nhất và nhanh chóng quảng bá vai trò của Root port và chuyển sang trạng thái Forwarding .

Backup Port

Thay thế cho Sw làm Designated Port trong việc share segment. Có thế nhận BPDUs từ các Sw khác nhưng không yêu cầu trở thành Designated. Sẻ đảm nhận vai trò Designated port khi Designated port failed, tuy nhiên giai đoạn chuyển tiếp sẻ mất thời gian timer.

Alternate Port bảo vệ sự mất vai trò của Sw làm Root port, còn gọi là direct link failure, nếu Root Port hiện tại fail RSTP sẻ thực hiện so sánh bản tin BPDUs trên Alternate Ports và chọn port có BPDUs mới nhất làm Root Port, port này sẻ ngay lập tức có vai trò là Root Forwarding.

Backup port có vai trò cung cấp bảo vệ chống lại sự mất Designated Port, khi Designated Port fail tất cả Backup Port cùng đường link sẻ trở thành Designated Port, sau đó chỉ một port sẻ duy trì trạng thái này, các port còn lại sẻ tiến hành trở lại vai trò Backup Discarding sau khi nhận BPDU từ port mới được bầu chọn thành Designated Port. Designated Port sẻ từ từ chuyển trạng thái từ Discarding sang Learning và Forwarding.

Edge Ports

Edge Port là một khái niệm của Cisco Spanning Tree. Cơ bản nó tương ứng với tính năng PortFast.
Tất cả các port được kết nối trực tiếp đến trạm cuối thì không thể tạo ra được vòng loop. Do đó edge port trực tiếp chuyển tiếp trạng thái forwarding và skip trạng thái listening và learning. Edge nào nhận được BPDU sẻ mất edge port và trở thành normal spanning tree port.
Cơ chế thứ 3 trong giao thức RSTP là Port types. Port có thể là Edge hoặc Non-Edge port. Port làm Edge Port sẻ ngay lập tức trở thành Designated Forwarding ngay sau khi Port này up. Nó sẻ vẫn gửi BPDU nhưng sẻ không đợi nhận BPDU. Nếu BPDU được nhận bởi Edge Port. Port này sẻ trở về trạng thái Non-port và bắt đầu tiến trình RSTP.

3. pVST+ (Per VLAN Spanning Tree)

– STP nguyên bản không xem xét đến việc cắt loop trên từng VLAN. Tiến hành chạy một tiến trình STP duy nhất cho tất cả VLAN trong một hệ thống. Điều này có thể gây ra lãng phi đường truyền.

H6. Các VLAN chạy chung tiến trình một STP

– Hình trên cho thấy hoạt động chuyển mạch của một STP truyền thống trên 3 SW được chia làm 2 VLAN các Sw đấu nối với nhau bằng đường trunk và đồng bộ VLAN bằng VTP:

Nếu các SW này sử dụng tiến trình STP chống loop thì tất cả VLAN trong 3 SW đều chạy chung một tiến trình STP và cắt loop như hình trên. Và VLAN 1 và hay đều bị block cổng như nhau. Ta thấy rằng nếu không có sự cố nào trên đường truyền thì link kết nối giữa SW2 và SW3 đều bị block gây lãng phí đường truyền.
Và để khắc phục vấn đề trên Cisco đã đề ra giải pháp pVST+. Kỹ thuật này cơ bản là mỗi VLAN trên các SW này sẻ chạy một tiến trình STP độc lập với nhau. Có thể giúp người quản trị cân bằng tải và sử dụng đường truyền một cách tối ưu nhất.

H7. Các VLAN chạy độc lập tiến trình STP (pVST+)

Như hình trên mỗi VLAN sẻ chạy một tiến trình STP độc lập với nhau:

VLAN 1 thực hiện hiệu chỉnh để SW1 làn Root switch. Đường link giữa SW 1 và SW 3 sẻ bị khóa, nhưng VLAN 2 vẫn chạy STP trên đường link này bình thường.
VLAN 2 thực hiện hiệu chỉnh để SW2 làn Root switch. Link giữa SW 2 và SW 3 sẻ bị khóa, nhưng VLAN 1 vẫn chạy STP trên đường link này bình thường.
Ta thấy mọi đường link trong sơ đồ đều được sử dụng và không gây lãng phí đường truyền. Với pVST+, VLAN-ID của các VLAN sẻ được gắn vào các gói tin BPDU để phân biệt BPDU của tiến trình STP VLAN nào. Giá trị 12 bit ( VLAN-ID) này sẻ được cài vào trường Priority của Bridge-ID. Thông thường giá trị priority của pVST+ luôn là bội số của 4096 do Trường Priority dài 16 bit dành ra 12bit để định danh cho VLAN-ID. Khi được áp lên một VLAN sẻ được cộng thêm giá trị của VLAN-ID. Ví dụ pVST+ được áp cho VLAN 2 thì số Priority sẻ là 4098.

****************************************************************************************************

Lời Kết Bài 8: Giao thức RSTP, pVST+:

Bài chia sẻ về “Giao thức RSTP, pVST+“và cách thức hoạt động trong một hệ thống”của mình xin tạm dừng tại đây. Bài chia sẻ tiếp theo mình xin chia sẻ về “Giao thức cấp phát địa chỉ IP động DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol ). Và cách thức hoạt động của giao thức này trong một hệ thống mạng. Hãy theo dõi bài viết tiếp theo trong Series Tự học CCNA tại website và blog itforvn.vcode.ovh nhé. Nếu có thắc mắc hay đóng góp các Anh em hãy comment bên dưới nhé. Hẹn Gặp Lại!