Spanning tree & rapid spanning tree protocol Mạng máy tính Viện điện tử viễn thông ĐH Bách Khoa Hà Nội
1 Spanning Tree & Rapid Spanning Tree Protocol Module Objective ¾ Sự dự phòng và vai trò quan trọng của nó trong hệ thống mạng. ¾ Các thành phần chủ yếu của một mạng dự phòng. ¾ Trận bão quảng bá (broadcast storms) trong mạng chuyển mạch. ¾ Nguyên nhân và hậuquả của việccơ sở dữ liệu địa chỉ MAC không ổn định. ¾ STP trong một mạng chuyển mạch có dự phòng. ¾ Quá trình lựachọn bridge gốc. ¾ Các trạng thái Spanning-Tree. ¾ So sánh STP & RSTP (rapid spanning tree). 2 Redundancy ¾ Hệ thống mạng đáng tin cậy: 9 Trang thiếtbịđáng tin cậy 9 Tránh lỗivàđứtmạng 9 Phụchồi nhanh chóng và dễ dàng 9 Có hệ thống dự phòng Redundant topologies One Bridge Redundant Bridges 3 Redundant switched topologies ¾ Một hệ thống mạng có Switches dự phòng nhưng nếu không có STP thì xảyra: 9 Trận bão quảng bá (broadcast storms) 9 Truyền nhiềulượtFrame 9 Bảng địachỉ MAC không ổn định Broadcast Storm ARP request 4 Multiple frame transmissions Media access control database instability 5 Spanning tree ¾ Lớp2 khôngcótrường TTL (Time to Live) ¾ Spanning tree : 9 Chophéptạocấutrúcluận lý không vòng lặp trong vòng lặp vậtlýÎ TREE 9 TREE : cấu trúc logic hình sao hoặchìnhsaomở rộng 9 Thuật toán Spanning tree (chuẩn IEEE 802.1D) 9 Thuật toán SP mất nhiềuthờigianđể hộitụ (Giải pháp : Rapid spanning tree – IEEE 802.1W) Bridge root & STP tree ¾ Chọn đường dẫnngắnnhất dựa trên chi phí kếtnối tích lũy ¾ Chi phí kếtnốidựatrêntốc độ kếtnối ¾ Chọnmột nút gốcgọi là bridge gốc (root bridge) ¾ STP xậydựng cấutrúcmạng với1 đường dẫntớitấtcả các nút trong mạng, tạoramột Tree từ root bridge ¾ Những kếtnốidư thừa không thuộc shortest path tree bị khóa lại 6 BPDU ¾ Trao đổi thông tin ¾ Xác nhậnxemkếtnốicóhoạt động hay không, nếu lỗikếtnối hay mộtthiếtbị nào đóhư hỏng thì STP sẽđược tính toán lại BPDU ¾ Thông tin trong các gói BPDU : 9Lựachọn Root bridge 9Tính toán kếtnốingắnnhấttới Root bridge 9Lựachọnswitch : • Switch gầnnhấtvớiRoot trongtoànbộ segment của Lan • Thựchiện các giao tiếptừ Lan tới Root bridge 9Lựachọn Root port cho các Switch không phải là Root switch : • Root port là cổng giao tiếpvớikếtnốitốtnhất tới Root switch 9Chọn các port đượcchỉđịnh (forward) và các port không đượcchỉđịnh (blocked) 7 Two Key Concepts: BID and Path Cost Bridge ID Path Cost Topology Spanning tree Bridge ID (BID) ¾ Bao gồm 2 thành phần: 9 2 bytes Bridge priority 9 6 bytes MAC address ¾ Bridge priority : định dạng số thập phân ¾ MAC address : định dạng số hexa ¾ BridgeID thấpnhất là root 8 Path cost ¾ Lý thuyết, 802.1d định nghĩa “cost” là đạilượng đo bằng thương 100/bandwidth (Mbps) củamộtkếtnối ¾ Thựctế thì các switch có tốc độ cao hơn, cỡ 10Gbps ¾ IEEE modified the most to use a non-linear scale with the new values of: • 4 Mbps 250 (cost) • 10 Mbps 100 (cost) • 16 Mbps 62 (cost) • 45 Mbps 39 (cost) • 100 Mbps 19 (cost) • 155 Mbps 14 (cost) • 622 Mbps 6 (cost) • 1 Gbps 4 (cost) • 10 Gbps 2 (cost) Four-Step STP Decision Sequence ¾ 4 bước: 9 Xác định BID có giá trị nhỏ nhất 9 Xác định Path cost nhỏ nhấttới root bridge 9 Xác định BID nhỏ nhất đượcgửi đitừđâu 9 Xác định Port ID nhỏ nhất ¾ Khái niệm khóa BPDU : 9 Bridge sao chép giữ lạimộtgiátrị BID đượcgửi đi trong gói BPDU đầutiênmànóthấy trên các port 9 Khi có các gói BPDU khác tới, nó sẽ kiểmtralại theo bốn bướcnhư trên, để xác nhậnlạicógiátrị BID nào tốthơnnữa không, nếucónósẽ lấy và thay thế giá trịđược save trước đó 9 Chỉ switch nào có giá trị BID thấpnhất đượcchọn 9 Bridge gửi đicấuhìnhcủacácBPDU chotới khi có nhiều BPDU tốthơn đượ cnhận 9 Three Steps of Initial STP Convergence ¾ Switches go through three steps for their initial convergence: • STP Convergence • Step 1 Elect one Root Bridge • Step 2 Elect Root Ports • Step 3 Elect Designated Ports ¾ All STP decisions are based on a the following predetermined sequence: • Four-Step decision Sequence • Step 1 - Lowest BID • Step 2 - Lowest Path Cost to Root Bridge • Step 3 - Lowest Sender BID • Step 4 - Lowest Port ID Step 1 Elect one Root Bridge ¾ Khi các switch trong mạng đượcbật Î Các bridge trao đổi các gói BPDU mộtcáchlộnxộn ¾ Ngay sau đó, chúng thựchiện quá trình 4 bước để lựachọn Root bridge (có BID thấpnhất) : 9 Ví dụ : Cat-A có địachỉ MAC thấpnhất nên nó dành “chiến thắng” trong việctrở thành Root 9 Cả 3 switch trên có cùng mức độ ưutiên(priority), mặc định là 32,768 10 Step 2 Elect Root Ports ¾ Các Root port của bridge là các port gầnnhấttới các Root bridge Î sử dụng Root path cost ¾ Những switch không phải Root bridge sẽ lựachọn cho mình một Root port Step 3 Elect Designated Ports ¾ Port đượcchỉđịnh : Port bridge đơngửivànhận đượclưulượng từ segment trong Lan và Root bridge ¾ Tấtcả các segment trong mạng đềucómột port đượcchỉđịnh, port này xác định dựa trên tính tích lũy Root Path Cost tới Root Bridge ¾ Switch mà chứamộtport chỉđịnh được xem như là một bridge chỉđịnh trong một segment ¾ 4 bướcthựchiệnquátrình: • Lowest Root BID • Lowest Path Cost to Root Bridge • Lowest Sender BID • Lowest Port ID [...]... và xử lí các gói BPDU 12 Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) Giao thức Rapid spanning – tree theo chuẩn IEEE 802.1w : Làm rõ hơn vai trò và trạng thái của port Định nghĩa các loại kết nối có thể chuyển nhanh sang trạng thái truyền dữ liệu Cho phép các switch trong mạng đã hội tụ tự gửi các gói BPDU của nó chữ không phải chuyển tiếp qua BPDU của root bridge Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) Trạng thái... cuối (edge-type) Kết nối chia sẻ Point-to-point và edge-type là 2 loại kết nối có thể chuyển trạng thái ngay lập tức Thời gian hội tụ không lâu hơn 15s Rapid spanning tree (IEEE 802.1w) thực sự thay thế spanning tree (IEEE 802.1d) 13 Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) 14 ...Stages of spanning- tree port states Tồn tại 4 trạng thái cổng (do) : BPDU trễ lan truyề Một phần nào đó của cấu trúc mạng bị thay đổi, cả hệ thống không thể nhận biết ngay được Switch đổi trạng thái của một port từ trạng thái chờ sang trạng thái họat động ngay lập tức có thể xảy ra vòng lặp Switch sử dụng STP, mỗi port sẽ ở một trong năm trạng thái Stages of spanning- tree port states 11 STP . ngay lậptức ¾ Thờigianhộitụ không lâu hơn 15s ¾ Rapid spanning tree (IEEE 802.1w) thựcsự thay thế spanning tree (IEEE 802.1d) 14 Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) . hoặchìnhsaomở rộng 9 Thuật toán Spanning tree (chuẩn IEEE 802.1D) 9 Thuật toán SP mất nhiềuthờigianđể hộitụ (Giải pháp : Rapid spanning tree – IEEE 802.1W) Bridge root & STP tree ¾ Chọn đường dẫnngắnnhất dựa. đầutruyềndữ liệu của user, vẫnhọc địachỉ MAC và xử lí các gói BPDU 13 Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) ¾ Giao thức Rapid spanning – tree theo chuẩn IEEE 802.1w : 9 Làm rõ hơnvaitròvàtrạng thái củaport 9