Chương trình trợ giúp thiết kế mạng Campus

Chương trình trợ giúp thiết kế mạng Campus Phụ lục 3: SPANNING TREE PROTOCOL Một mạng mạnh mẽ thiết kế khơng đem lại tính hiệu cho việc truyền gói frame, mà cịn phải xem xét làm để khôi phục hoạt động mạng cách nhanh chóng mạng xảy lỗi Trong môi trường lớp 3, giao thức định tuyến sử dụng đường dự phịng đến mạng đích để đường bị lỗi nhanh chóng tận dụng đường thứ Định tuyến lớp cho phép nhiều đường đến đích để trì tình trạng hoạt động mạng cho phép cân tải qua nhiều đường Trong môi trường lớp (switching bridging), không sử dụng giao thức định tuyến không cho phép đường dự phịng, thay bridge cung cấp việc truyền liệu mạng cổng switch Giao thức Spanning Tree cung cấp liên kết dự phòng để mạng chuyển mạch lớp khơi phục từ lỗi mà khơng cần có can thiệp kịp thời STP định nghĩa chuẩn IEEE 802.1D 3.1 Spanning Tree phải sử dụng nó? Spanning Tree Protocol (STP) giao thức ngăn chặn lặp vịng, cho phép bridge truyền thơng với để phát vòng lặp vật lý mạng Sau giao thức định rõ thuật tốn mà bridge tạo cấu trúc mạng logic chứa vịng lặp (loop-free) Nói cách khác STP tạo cấu trúc free-loop gồm nhánh nối tồn mạng lớp Vịng lặp xảy mạng với nhiều nguyên nhân Hầu hết nguyên nhân thông thường kết việc cố gắng tính tốn để cung cấp khả dự phòng, trường hợp này, liên kết switch bị hỏng, liên kết switch khác tiếp tục hoạt động, nhiên vòng lặp xảy lỗi Hình 3.1 biểu diễn mạng chuyển mạch với vòng lặp cố ý dùng để cung cấp khả dự phòng Hình 3.1: bridging loop mạng Hai nguyên nhân gây lặp vịng tai hại mạng chuyển mạch broadcast sai lệch bảng bridge Chương trình trợ giúp thiết kế mạng Campus Vòng lặp broadcast Vòng lặp broadcast vòng lặp lớp kết hợp nguy hiểm Hình 3.2 biểu diễn broadcast tạo vòng lặp phản hồi (feedback loop) Hình 3.2: khơng có STP, broadcast tạo Feedback loop Giả sử rằng, khơng có switch chạy STP: • Bước 1: host A gửi frame địa broadcast (FF-FF-FF-FF-FFFF) • Bước 2: frame đến hai Cat-1 Cat-2 qua cổng 1/1 • Bước 3: Cat-1 đưa frame qua cổng 1/2 • Bước 4: frame truyền đến tất nút đoạn mạng Ethernet kể cổng 1/2 Cat-2 • Bước 5: Cat-2 đưa frame đến cổng 1/1 • Bước 6: lần nữa, frame xuất cổng 1/1 Cat-1 • Bước 7: Cat-1 gửi frame đến cổng 1/2 lần hai Như tạo thành vòng lặp Chú ý: frame tràn qua đoạn mạng Ethernet tạo thành vòng lặp theo hướng ngược lại, vòng lặp feedback xảy hai hướng Một kết luận quan trọng Chương trình trợ giúp thiết kế mạng Campus hình 3.2 vòng lặp bridge nguy hiểm nhiều so với vịng lặp định tuyến Hình 3.3 mơ tả định dạng DIXv2 Ethernet frame Hình 3.3 : định dạng DIXv2 Ethernet frame DIXv2 Ethernet Frame chứa địa MAC, trường Type CRC Trong IP header chứa trường time-to-live (TTL) thiết lập host gốc giảm qua router Gói bị loại bỏ TTL = 0, điều cho phép router ngăn chặn datagram bị “run-away” Không giống IP, Ethernet khơng có trường TTL, sau frame bắt đầu bị lặp mạng tiếp tục ngắt bridge ngắt kiên kết Trong mạng phức tạp mạng mơ tả hình 3.1, 3.2 gây vịng lặp feedback nhanh theo tỉ lệ số mũ Vì frame tràn qua nhiều cổng switch, tổng số frame tăng nhanh nhiều Ngoài cần phải ý đến bão broadcast người dùng host A B hình 3.2 Broadcast xử lý CPU tất thiết bị mạng Trong trường hợp này, PC cố xử lý bão broadcast Nếu ta ngắt số kết nối, trở lại hoạt động bình thường Tuy nhiên, ta kết nối trở lại broadcast sử dụng 100% CPU Nếu ta không xử lý điều mà tiếp tục sử dụng mạng, tạo vịng lặp vật lý mạng Việc sai lệch bảng bridge Nhiều nhà quản trị switch/bridge nhận thức vấn đề bão broadcast, nhiên ta phải biết chí unicast frame truyền mạng mà chứa vịng lặp Hình 3.4 mơ tả điều • Bước 1: host A muốn gửi gói unicast đến host B, nhiên host B rời khỏi mạng, với bảng bridge switch khơng có địa host B • Bước 2: giả sử hai switch khơng chạy STP, frame đến cổng 1/1 hai switch • Bước 3: host B bị down, nên Cat-1 khơng có địa MAC (BB-BB-BBBB-BB-BB) bảng bridge, tràn frame qua cổng • Bước 4: Cat-2 nhận frame cổng 1/2 Có vấn đề xảy ra: o Bước 5: Cat-2 tràn frame khơng học địa MAC BB-BB-BBBB-BB-BB, điều tạo feedback loop làm down mạng o Cat-2 ý rằng, nhận frame cổng 1/2 với địa MAC AA-AA-AA-AA-AA-AA Nó thay đổi địa MAC host A bảng bridge dẫn đến sai cổng Chương trình trợ giúp thiết kế mạng Campus Hình 3.4: frame unicast gây Bridging Loop làm sai lệnh bảng bridge Vì frame bị lặp theo hướng ngược lại, nên ta thấy địa MAC host A bị lẫn cổng 1/1 1/2 Điều không làm mạng bị tràn với gói unicast mà cịn sửa sai bảng bridge Như khơng có broadcast làm hư hại mạng 3.2 Hai khái niệm STP Việc tính tốn Spanning Tree dựa hai khái niệm tạo vòng lặp logic cấu trúc mạng là: Bridge ID (BID) chi phí đường Bridge ID (BID) BID trường có byte, gồm có trường miêu tả hình 3.5 sau: Hình 3.5 : hai trường BID Trong đó: Chương trình trợ giúp thiết kế mạng Campus • Địa MAC: có byte gán cho switch Catalyst 5000 6000 sử dụng số địa MAC từ vùng 1024 địa gán cho giám sát viên (supervisor) bảng nối đa (backplane) Địa MAC BID sử dụng định dạng hexa Chú ý: vài Catalyst lấy địa MAC từ module giám sát (như Catalyst 5000) lấy địa khác từ backplane (như Catalyst 5500 6000) • Bridge Priority: độ ưu tiên bridge có byte tạo thành 216 giá trị từ 65.535 Độ ưu tiên bridge có giá trị mặc định giá trị khoảng (32.768) Chú ý: ta tập trung vào phiên IEEE giao thức Spanning Tree Mặc dù có vài điểm khác biệt IEEE STP DEC STP DEC STP sử dụng bit Bridge priority Chi phí đường Bridge sử dụng khái niệm chi phí để đánh giá bridge khác 802.1D định nghĩa chi phí 1000 Mbps cách chia băng thơng liên kết Ví dụ liên kết 10BaseT có chi phí 100 (1000/10), Fast Ethernet FDDI sử dụng chi phí 10 (1000/100) Tuy nhiên với việc gia tăng Gigabit Ethernet OC-48 ATM (2,4Gbps), chi phí lưu trữ giá trị ngun mà khơng phải phân số Ví dụ kết OC-48 ATM 1000/2400 Mbps= 41667 bps, giá trị chi phí khơng hợp lệ Do chi phí lớn Gbps có chi phí 1, nhiên điều ngăn cản STP lựa chọn xác “con đường tốt nhất” mạng Gigabit Để giải tình trạng khó xử này, IEEE định sửa đổi chi phí để sử dụng tính co dãn khơng tuyến tính Bảng 3.1 cho ta danh sách giá trị chi phí Băng thơng Chi phí STP Mbps 250 10 Mbps 100 16 Mbps 62 45 Mbps 39 100 Mbps 19 155 Mbps 14 622 Mbps Gbps 10 Gbps Chương trình trợ giúp thiết kế mạng Campus Bảng 3.1 Danh sách chi phí Giá trị bảng 3.1 chọn cẩn thận để sơ đồ hoạt động cũ có tốc độ liên kết nhanh Một điểm ý giá trị chi phí STP thấp tốt 3.3 Các bước định STP Khi tạo cấu trúc mạng logic chứa vịng lặp (loop-free) Spanning Tree ln dùng trình tự bốn bước sau: • BID gốc (Root BID) thấp • Chi phí đường đến Bridge gốc thấp • BID người gửi thấp • ID cổng (PortID) thấp Bridge trao đổi thông tin Spanning Tree với nhau, sử dụng frame xác định đơn vị liệu giao thức bridge (Bridge Protocol Data Unit - BPDU) Một bridge sử dụng trình tự bốn bước để lưu BPDU tốt cổng Khi đánh giá, xem tất BPDU nhận cổng BPDU gửi cổng Mỗi BPDU đến kiểm tra theo trình tự bốn bước này, tốt BPDU lưu lại cổng thay giá trị cũ Chú ý: bridge gửi BPDU cấu hình nhận nhiều BPDU tốt Thêm vào đó, trình lưu lại BPDU tốt điều khiển việc gửi BPDU Khi bridge lần hoạt động, tất cổng gửi BPDU 2s lần (đây giá trị mặc định định thời) Tuy nhiên, cổng lắng nghe BPDU từ bridge khác tốt BPDU mà gửi, cổng ngưng gửi BPDU Nếu BPDU từ lân cận ngưng đến khoảng thời gian (20 s mặc định) cổng tiếp tục gửi BPDU lại lần Chú ý: có loại BPDU BPDU cấu hình BPDU thơng báo thay đổi cấu trúc mạng (TCN) 3.4 Sự hội tụ STP ban đầu (Initial STP Convergence) Phần ta xem xét thuật toán mà STP sử dụng để hội tụ lần cấu trúc mạng logic chứa vịng lặp (loop-free) Mặc dù có nhiều khía cạnh STP, hội tụ ban đầu phân nhỏ thành ba bước sau: • Quyết định bridge gốc (Root Bridge) • Quyết định cổng gốc (Root Port) • Quyết định cổng định (Designated Port) Khi mạng khởi động lần đầu, tất bridge thông báo thông tin BPDU cách lộn xộn Tuy nhiên, bridge áp dụng trình tự bốn bước (ở phần 3.1.3) Một bridge gốc định để hoạt động “trung tâm vạn vật” mạng Tất bridge lại tính tốn việc thiết lập cổng gốc cổng Chương trình trợ giúp thiết kế mạng Campus định để xây dựng cấu trúc mạng chứa loop-free Kết bridge gốc giống hub với đường loop-free bên ngồi Khi mạng có trạng thái ổn định, bridge gốc gửi BPDU đến đoạn mạng Sau mạng hội tụ cấu trúc mạng loop-free, có thêm thay đổi sử dụng trình thay đổi cấu trúc mạng Hình 3.6 mơ hình mạng switch/bridge Mạng gồm có ba bridge kết nối thành vòng lặp Mỗi cầu nối gán địa MAC khơng có thật tương ứng với tên thiết bị (ví dụ Cat-A sử dụng địa MAC AA-AA-AA-AA-AA-AA) Hình 3.6: mơ hình mạng sử dụng STP Bước 1: định bridge gốc Đầu tiên switch cần chọn bridge gốc cách tìm bridge có BID thấp Chú ý: nhiều tài liệu sử dụng tính ưu tiên cao nói đến kết trình chọn bridge gốc Tuy nhiên, bridge với tính ưu tiên cao thực tế có giá trị thấp Để tránh nhầm lẫn, tài liệu đề cập đến giá trị thấp Như nói đến phần BID định danh byte chia thành trường Bridge Priority địa MAC từ người giám sát (supervisor) backplane Trở lại hình 3.6, ta thấy Cat-A có BID mặc định 32.768 địa MAC AA-AAAA-AA-AA-AA Cat-B (32.768, BB-BB-BB-BB-BB-BB) Cat-C (32.768, CCCC-CC-CC-CC-CC) Vì ba bridge sử dụng Bridge Priority 32.678 nên địa MAC thấp AA-AA-AA-AA-AA-AA Cat-A trở thành Bridge gốc Hình 3.7 mơ tả q trình Chú ý: giá trị BID thấp Chương trình trợ giúp thiết kế mạng Campus Hình 3.7: chọn Bridge Root Nhưng làm bridge biết Cat-A có BID thấp nhất? Đó việc trao đổi BPDU Bridge sử dụng BPDU dành riêng để thay đổi cấu trúc mạng thông tin Spanning Tree lẫn Các BPDU gửi mặc định 2s lần Các BPDU lưu lượng bridge-to-bridge, khơng mang lưu lượng end-to-end Hình 3.8 mơ tả phần BPDU Hình 3.8: thành phần BPDU Mục đích việc chọn bridge gốc liên quan đến trường Root BID Sender BID Khi bridge phát BPDU 2s lần, tức khắc xác định bridge gốc dựa vào trường Root BID Bridge đặt BID Sender BID Chú ý: Root BID ID bridge gốc tại, Sender BID ID bridge cục switch Khi bridge khởi động lần đầu tiên, ln ln đặt BID hai trường Root BID Sender BID Giả sử rằng, Cat-B khởi động bắt đầu gửi BPDU thơng báo Bridge gốc 2s lần Một vài phút sau Cat-C khởi động thơng Chương trình trợ giúp thiết kế mạng Campus báo Bridge gốc Khi BPDU Cat-C đến Cat-B, Cat-B loại bỏ BPDU có B-ID thấp lưu cổng Ngay Cat-B truyền BPDU, Cat-C biết giả định ban đầu sai Tại thời điểm đó, Cat-C bắt đầu gửi BPDU với Root BID B Sender BID C Bây mạng chấp nhận B Bridge gốc phút sau đó, Cat-A khởi động, giả sử bridge gốc bắt đầu quảng bá điều BPDU Ngay BPDU đến Cat-B C, switch nhường bridge gốc lại cho Cat-A Bây tất switch gửi BPDU thông báo Cat-A bridge gốc Sender BID Bước 2: chọn cổng gốc Sau xác định bridge gốc, switch chuyển qua chọn cổng gốc Cổng gốc cổng bridge cục Mỗi brigde (trừ bridge gốc) phải lựa chọn cổng gốc Chú ý: Mỗi bridge (trừ bridge gốc) lựa chọn cổng gốc Bridge sử dụng khái niệm chi phí để xét cổng gốc Cụ thể bridge theo dõi chi phí đường gốc, chi phí tích lũy tất liên kết đến bridge gốc Hình 3.9 mơ tả làm tính tốn qua nhiều bridge kết việc định cổng gốc • (1): Cat-A (bridge gốc) gửi BPDU, chứa chi phí đường gốc • (2): B nhận BPDU này, thêm vào chi phí đường cổng 1/1vào chi phí đường gốc chứa BPDU nhận Giả sử mạng chạy switch Catalyst 5000 có mã lớn phiên 2.4 ba liên kết hình 3.9 Fast Ethernet Cat-B nhận chi phí đường gốc thêm vào chi phí cổng 1/1 19 • (3): sau Cat-B sử dụng giá trị 19 gửi BPDU với chi phí đường gốc 10 cổng 1/2 • (4): Cat-C nhận BPDU từ B, tăng chi phí đường gốc thành 38 (19+19) • (5): nhiên Cat-C nhận BPDU từ bridge gốc cổng 1/1 Cat-C thêm vào cổng 1/1 với chi phí 0, tăng chi phí lên 19 • (6): Cat-C thấy chi phí đường gốc 19 cổng 1/1 38 cổng 1/2, định cổng 1/1 cổng gốc (chọn giá trị nhỏ nhất) • (7): sau Cat-C bắt đầu quảng bá chi phí đường gốc với giá trị 19 đến switch xi dịng Chương trình trợ giúp thiết kế mạng Campus Hình 3.9 : chọn Root Port Hình 3.9 biểu diễn Cat-B tính tốn chọn cổng 1/1 cổng gốc với chi phí 19, ý cổng nhận BPDU chi phí tăng dần Chú ý: • Chi phí STP tăng cổng nhận BPDU, khơng phải gửi khỏi cổng Ví dụ như, BPDU đến cổng 1/1 Cat-B với chi phí tăng lên 19 bên Cat-B • Sự khác chi phí đường chi phí đường gốc • Chi phí đường giá trị gán cho cổng, thêm vào BPDU nhận cổng để tính tốn chi phía đường gốc • Chi phí đường gốc chi phí tích lũy đến bridge gốc Trong BPDU, giá trị trường chi phí Đối với bridge, giá trị tính cách cộng chi phí đường cổng nhận với giá trị chứa BPDU Bước 3: định cổng định Mỗi đoạn mạng bridge có cổng định, cổng có chức nhận gửi lưu lượng đến đoạn mạng bridge gốc Nếu có cổng nắm giữ lưu lượng liên kết, tất vịng lặp bị phá bỏ Bridge chứa cổng định gọi designated bridge cho đoạn mạng Chương trình trợ giúp thiết kế mạng Campus Việc lựa chọn cổng định dựa chi phí tích lũy đường gốc đến bridge gốc (hình 3.10) Hình 3.10: chọn Designated Port Để xác định cổng định, ta nhìn vào đoạn mạng Đầu tiên đoạn 1, liên kết Cat-A B có cổng Cat-A: cổng 1/1, Cat-B: cổng 1/1 Cổng 1/1 Cat-A có chi phí đường gốc 0, cổng 1/1 B 19 (giá trị nhận BPDU từ A cộng với chi phí đường gán cho cổng 1/1 B) Vì cổng 1/1 A có chi phí đường thấp nên trở thánh cổng định liên kết Đối với đoạn mạng (kiên kết Cat-A C), tương tự cổng 1/2 A trở thành cổng định Chú ý cổng hoạt động bridge gốc trở thành cổng định Bây xem đoạn (liên kết Cat-B C), hai cổng 1/2 B 1/2 C có chi phí đường gốc 19 Đây hạn chế, STP thường sử dụng trình tự bốn bước để định: • B-ID gốc thấp • Chi phi đường đến bridge gốc thấp • Sender BID thấp • ID cổng thấp Trong ví dụ hình 3.10, tất bridge tán thành Cat-A Bridge gốc, B C có chi phí 19, nên ta lấy yếu tố BID để định BID B (32.768.BBBB-BB-BB-BB-BB) C (32.768.CC-CC-CC-CC-CC-CC), cổng 1/2 B Cổng định cho đoạn Chương trình trợ giúp thiết kế mạng Campus Ví dụ mạng chứa 15 switch có 146 đoạn mạng (mỗi cổng đoạn mạng nhất), số thành phần STP có Các thành phần STP Số Bridge gốc Cổng gốc 14 Cổng định 146 Bảng 3.2: Các thành phần STP mạng có 15 switch 146 đoạn mạng Tất định STP dựa trình tự đề cập: • BID gốc thấp • Chi phí đường đến bridge gốc thấp • Sender BID thấp • ID cổng thấp Khi cổng nhận BPDU so sánh với BPDU nhận cổng khác (cũng BPDU gửi cổng đó) Chỉ BPDU tốt lưu lại Tốt có nghĩa giá trị thấp (ví dụ BID thấp trở thành Bridge gốc, giá trị thấp sử dụng để chọn cổng gốc cổng định) Một cổng ngưng truyền BPDU nghe BPDU tốt BPDU 3.5 Các trạng thái STP Sau bridge phân chia cổng cổng gốc, cổng định cổng không định, việc tạo cấu trúc mạng chứa loop-free không phức tạp lắm, cổng gốc cCổng định chuyển tiếp lưu lượng, cổng khơng định khóa lưu lượng Việc chuyển tiếp khóa trạng thái thơng thường mạng, bảng 3.3 mô tả trạng thái STP Chương trình trợ giúp thiết kế mạng Campus Trạng thái Mục đích Chuyển tiếp (forwading) Gửi nhận liệu người dùng Học hỏi (learning) Xây dựng bảng bridge Lắng nghe (listening) Xây dựng cấu trúc mạng “active” Khóa (blocking) Chỉ nhận BPDU Vơ hiệu hóa (disable) Các cổng bị down Bảng 3.3: Các trạng thái STP Trạng thái “disable” cho phép người quản trị mạng quản lý việc ngừng hoạt động cổng Sau khởi tạo, cổng bắt đầu trạng thái “blocking” để lắng nghe BPDU Do đa dạng kiện mà bridge truyền trạng thái “listening” (ví dụ bridge nghĩ bridge gốc sau khởi động) Ở trạng thái này, liệu người dùng truyền qua, tức cổng gửi nhận BPDU để cố gắng tạo cấu trúc mạng hoạt động Trong trạng thái “listening” sử dụng ba bước hội tụ nói trên, cổng bị quyền cổng định trở thành cổng không định trở lại trạng thái “blocking” Các cổng định cổng gốc sau 15s (giá trị mặc định định thời) chuyển qua trạng thái “learning” Trong khoảng 15s khác, bridge không chuyển frame người dùng qua, mà xây dựng bảng bridge Khi bridge nhận frame, đưa địa MAC cổng vào bảng bridge Trạng thái “learning” giảm bớt số lượng tràn ngập việc chuyển tiếp liệu bắt đầu Chú ý: Trong việc lưu trữ địa MAC thông tin cổng, Catalyst học thông tin VLAN nguồn Nếu cổng cổng định hay cổng gốc khoảng thời gian cuối trạng thái “learning”, cổng chuyển qua trạng thái “forwading” Ở trạng thái này, bắt đầu gửi nhận frame người dùng Hình 3.11 mơ tả trạng thái cổng việc chuyển trạng thái Chương trình trợ giúp thiết kế mạng Campus Hình 3.11: trạng thái cổng hoạt động chuyển trạng thái Hình 3.12 biểu diễn mạng với phân chia cổng danh sách trạng thái Chú ý tất cổng chuyển tiếp trừ cổng 1/2 Cat-C Hình 3.12: sơ đồ mạng với cổng định danh Chương trình trợ giúp thiết kế mạng Campus Trạng thái/cổng Ký hiệu Blocking B Forwading F Cổng định DP Cổng gốc RP Cổng không định NDP Bảng 3.4 : Các trạng thái STP ký hiệu cổng 3.6 Bộ định thời gian STP Một bridge trải qua 15s trạng thái “listening” “learning” STP điều khiển ba đếm thời gian (timer) bảng 3.5 Timer Mục đích Giá trị mặc định Hello Timer Khoảng thời gian gửi BPDU cấu hình gửi Bridge gốc 2s Forward Delay Thời hạn trạng thái Listening Learning 15s Max Age Thời gian lưu trữ BPDU 20s Bảng 3.5: STP Timer Ví dụ: giả sử liên kết đoạn hình 3.12 sử dụng hub cổng 1/2 Cat-B truyền ngồi Cat-C khơng thơng báo lỗi liền nhận liên kết Ethernet từ hub Cat-C thông báo BPDU ngừng đến Sau 20s (Max Age), cổng 1/2 Cat-C lấy thông tin BPDU cũ với cổng 1/2 Cat-B cổng định cho đoạn mạng Điều làm cho cổng 1/2 Cat-C truyền trạng thái “listening” để cố gắng trở thành cổng định Vì cổng 1/2 Cat-C cung cấp truy cập tốt từ bridge gốc đến liên kết này, nên chuyển sang trạng thái “forwarding” Như vậy, Cat-C 50s (20s Max Age + 15s Listenning + 15s Forwarding) để vượt qua sau cổng 1/2 Cat-B bị lỗi Chương trình trợ giúp thiết kế mạng Campus Trong trường hợp này, bridge phát thay đổi cấu trúc mạng liên kết kết nối trực tiếp chuyển sang trạng thái “listening” mà không cần chờ thời gian Max Age Xem ví dụ hình 3.13 Hình 3.13: lỗi xảy liên kết Root Bridge Root Port Cat-C Trong trường hợp này, cổng 1/1 Cat-C bị lỗi, liên kết cổng gốc bị lỗi nên cổng 1/2 Cat-C chuyển sang trạng thái “learning” để trở thành cổng gốc thay chờ 20s lấy thơng tin cũ Điều làm cho thời gian hội tụ STP giảm từ 50s xuống 30s (15s listening + 14s learning) Chú ý: thời gian hội tụ STP từ 30s đến 50s Hai điểm quan trọng cần nhớ sử dụng định thời STP là: • Thứ nhất: khơng thay đổi giá trị thời gian mặc định khơng có cân nhắc cẩn thận • Thứ hai: ta sửa thời gian từ bridge gốc 3.7 Hai loại BPDU Có hai loại BPDU : • BPDU cấu hình • BPDU thơng báo thay đổi cấu trúc mạng – TCN BPDU (Topology Change Notification BPDU) BPDU cấu hình bắt đầu bridge gốc phát đường hoạt động từ bridge gốc, TCN BPDU hướng bridge gốc để cảnh báo với bridge gốc cấu trúc mạng mạng có thay đổi Chương trình trợ giúp thiết kế mạng Campus BPDU cấu hình : trường BPDU cấu hình tóm tắt bảng 3.6 Chiều dài (octet) Trường Ý nghĩa Protocol ID Luôn Version Luôn Type Cho biết kiểu BPDU BPDU cấu hình = Flag LSB = Cờ thay đổi cấu trúc mạng MSB = Cờ xác nhận thay đổi cấu trúc mạng Root ID BID bridge gốc Root Path Cost (chi phí đường gốc) Chi phí tích lũy đến bridge gốc Sender BID BID bridge Cổng ID ID cổng gửi BPDU Message Age Khoảng thời gian tử bridge gốc tạo BPDU đến phát BPDU Max Age Khoảng thời gian lưu thông tin BPDU Hello Time Khoảng thời gian BPDU Forward Delay Thời gian trạng thái listening learning Bảng 3.6 : Các trường BPDU cấu hình TCN BPDU (Topology Change Notification BPDU) : TCN BPDU đơn giản BPDU cấu hình gồm có ba trường, giống ba trường BPDU cấu hình trường Type thay đổi với giá trị sau : • 0x00 (0000 0000): BPDU cấu hình • 0x80 (1000 0000): TCN BPDU Chương trình trợ giúp thiết kế mạng Campus Chú ý : TCN BPDU không mang thông tin bổ sung 3.8 Quá trình thay đổi cấu trúc mạng Nếu TCP BPDU đơn giản làm thể vai trị quan trọng nó? Ta xem xét thay đổi cấu trúc mạng hình 3.14 Host D liên lạc với host E qua hai bước: • (1): lưu lượng từ host D qua Cat-B để liên lạc với host E • (2): giả sử thu phát cổng 1/2 Cat-B bị hỏng Hình 3.14: TCN BPDU dùng để cập nhật bảng Bridge nhanh Như thảo luận, cổng 1/2 Cat-C 50s để trở thành cổng định Tuy nhiên khơng có TCN BPDU tiếp tục bị ngắt khoảng 250s Trong khoảng thời gian lỗi, ba switch chứa địa MAC host E bảng Bridge bảng 3.7 Bảng Bridge Cổng liên quan đến địa MAC host E Cat-A Cổng 1/1 Cat-B Cổng 1/2 Cat-C Cổng 1/1 Chương trình trợ giúp thiết kế mạng Campus Bảng 3.7: Giá trị bảng Bridge trước có thay đổi cấu trúc mạng TCN BPDU phương pháp đơn giản để cải tiến thời gian hội tụ, làm việc chặt chẽ với BPDU cấu sau: Một bridge bắt đầu TCN BPDU khi: • Nó chuyển cổng sang trạng thái “forwarding” có cổng định • Nó chuyển cổng từ trạng thái “forwarding” “learning” sang blocking Sự thay đổi cấu trúc mạng địi hỏi phải gửi thơng báo đến bridge gốc, giả sử bridge bridge gốc, bắt đầu q trình thơng báo cách gửi TCN BPDU cổng gốc Nó tiếp tục gửi TCN BPDU thông điệp TCN xác nhận Bridge upstream nhận TCN BPDU Mặc dù, vài bridge nghe TCN BPDU (vì kết nối trực tiếp vào cổng gốc đoạn mạng) có cổng định chấp nhận xử lý TCN BPDU Bridge upstream thiết lập cờ xác nhận thay đổi cấu trúc mạng TCA (Topology Change Acknowledgement) BPDU cấu hình gửi ngược lại(ra cổng định) Cờ dùng để xác nhận với bridge khởi đầu để ngưng phát TCN BPDU Bridge upstream truyền TCN BPDU cổng gốc Tiếp tục bước đến bước bridge gốc nhận TCN BPDU Sau bridge gốc thiết lập cờ xác nhận thay đổi cấu trúc mạng – TCA (để xác nhận với bridge trước đó), cờ thay đổi cấu trúc mạng – TC (Topology Change) BPDU cấu hình mà gửi Bridge gốc tiếp tục thiết lập cờ thay đổi cấu trúc mạng – TC tất BPDU cấu hình mà gửi ngồi với tổng thời gian 35s (Forward Delay + Max Age) Cờ thu ngắn giá trị 300s xuống 15s (tức độ trễ chuyển tiếp - Forward Delay) Hình 1.15 tóm tắt bước trình thay đổi cấu trúc mạng Chương trình trợ giúp thiết kế mạng Campus Hình 3.15: trình tự bước trình thay đổi cấu trúc mạng Dựa vào hình 3.15 ta biết trình thay đổi cấu trúc mạng cho hình 3.14 sau: bước Cat-B C gửi TCN BPDU cổng 1/1 Vì bridge upstream bridge gốc nên bỏ qua bước Sau bước xảy đồng thời Trong BPDU cấu hình mà bridge gốc gửi đi, cờ TCN ACK thiết lập để xác nhận nhận TCN hai brigde downstream Tiếp theo bước 7, Cat-A thiết lập cờ TA 35s (Forward Delay + Max Age) để cập nhật bảng bridge nhanh Như ba switch nhận cờ TA khoảng thời gian cho bảng bridge 15s Chú ý khoảng thời gian ngắn 15s khơng bắt buộc cho tồn bảng, làm q trình nhanh thơi Các thiết bị tiếp tục nói suốt 15s mà khơng cho bảng bridge nghĩ Tuy nhiên, host D cố gắng gửi frame đến host E 20s (giả sử host E khơng nói hết), frame tràn đến tất đoạn mạng địa EEEE-EE-EE-EE-EE khơng cịn có bảng bridge Ngay frame đến host E host E trả lời, switch học giá trị bảng bridge tương ứng với cấu trúc mạng Bảng 3.8 biểu diễn toàn bảng bridge cho địa MAC E ba switch sau cấu trúc mạng hội tụ lưu lượng lại tiếp tục Chương trình trợ giúp thiết kế mạng Campus Bảng Bridge Cổng liên quan đến địa MAC host E Cat-A Cổng 1/2 Cat-B Cổng 1/1 Cat-C Cổng 1/2 Bảng 3.8: Giá trị bảng Bridge sau thay đổi cấu trúc mạng Tại thời điểm này, kết nối host D E thiết lập lại lưu lượng lại tiếp tục Chú ý TCN BPDU giảm thời gian lỗi từ 300s (5ph) xuống 50s Hình 3.16 mơ tả trường cờ BPDU cấu hình, hai cờ TCA TA lưu trữ octet BPDU cấu hình Hình 3.16: trường cờ BPDU cấu hình Như thảo luận, cờ TCN thiết lập bridge upstream để nói cho bridge dowstream ngưng gửi TCN BPDU Còn cờ TC thiết lập bridge gốc để giảm khoảng thời gian lỗi từ 300s xuống 15s (Forward Delay)  ... Cat-B bị lỗi Chương tr? ?nh tr? ?? giúp thiết k? ?? mạng Campus Trong tr? ?ờng hợp này, bridge phát thay đổi cấu tr? ?c mạng liên k? ??t k? ??t nối tr? ??c tiếp chuyển sang tr? ??ng thái “listening” mà khơng cần chờ thời... định danh Chương tr? ?nh tr? ?? giúp thiết k? ?? mạng Campus Tr? ??ng thái/cổng K? ? hiệu Blocking B Forwading F Cổng định DP Cổng gốc RP Cổng không định NDP Bảng 3.4 : Các tr? ??ng thái STP k? ? hiệu cổng 3.6... giá tr? ?? 300s xuống 15s (tức độ tr? ?? chuyển tiếp - Forward Delay) Hình 1.15 tóm tắt bước q tr? ?nh thay đổi cấu tr? ?c mạng Chương tr? ?nh tr? ?? giúp thiết k? ?? mạng Campus Hình 3.15: tr? ?nh tự bước tr? ?nh