CHƯƠNG 2 : GIAO THỨC SPANNING TREE
2.2 Giao thức Spanning-Tree (Giao thức cây bao trùm)
2.2.4 Giao thức Rapid Spanning – Tree (IEEE 802.1w)
2.2.4.1 Giới thiệu
Chuẩn IEEE 802.1D Spanning Tree Protocol được thiết kế để giữ cho một hệ thống các Switch không bị lặp và tự động thích nghi trước những thay đổi của mạng. Một sự thay đổi cấu trúc liên kết thông thường phải mất 30 giây, với một cổng chuyển từ trạng thái Blocking sang trạng thái Forwarding mất hai lần kho ảng thời gian của bộ đếm thời gian Forward Delay. Khi công nghệ đã được cải thiện, 30 giây trở thành một khoảng thời gian dài không thể chấp nhận để chờ đợi cho một mạng hội tụ và thích nghi khi có một vấn đề xảy ra.
Giao thức Rapid Spanning - Tree được định nghĩa trong chuẩn IEEE 802.w. Tiêu chuẩn IEEE 802.1w được phát triển nhằm cải tiến ho ạt động của chuẩn 802.1D truyền thống với một mục đích thúc đẩy sự hội tụ của STP nhanh hơn. Do đó nó được gọi là Rapid Spanning Tree (RSTP), trong đó xác định cách thức chuyển mạch phải tương tác với nhau để giữ cho các cấu trúc liên kết mạng tránh bị lặp một cách rất hiệu quả. Khác với giao thức STP, giao thức RSTP thay vì đợi 30s thì đợi 6s, thay vì Root- switch gửi BPDU thì mọi Switch đều được gửi BPDU để nhanh hơn.
Giao thức RSTP có thể kết hợp với chuẩn IEEE 802.1Q, áp dụng cho một hoặc nhiều VLAN. Dùng một phần của chuẩn 802.1s Multiple Spanning Tree cho mạng VLAN. Thực tế chuẩn IEEE 802.1w, IEEE802.1Q và IEEE 802.1s đã được sử dụng hầu hết cho tất cả các chuyển mạch thông minh. [4]
Băng thông Chi phí đường đi (Cost) (Chuẩn IEEE hiện nay)
Chi phí đường đi (Cost) (Chuẩn IEEE chuẩn)
10Gbps 2 1
29
100 Mbps 19 10
10 Mbps 100 100
Bảng 2.3: Bảng chi phí đường đi mới theo băng thông 2.2.4.2 Hoạt động của RSTP
RSTP ho ạt động cũng gần như STP truyền thống, nhưng RSTP đưa ra những vai trò của cổng và trạng thái của cổng khác với STP. Đồng thời RSTP tích hợp các tính năng UplinkFast, Backbonefast được tích hợp vào trong hoạt động của giao thức. Khác biệt lớn nhất là vai trò và chức năng của các cổng trong RSTP và sự thay đổi trong gói tin BPDU.
Điểm khác biệt nữa là sự thay đổi trạng thái các cổng (New Port States) và vai trò các cổng (Port Roles) của giao thức RSTP như sau:
IEEE 802.1D được định nghĩa 5 trạng thái cổng 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.
Theo bảng 2.2, giao thức RSTP đã nâng cấp 3 trạng thái cổng là port disabled, blocking, listening thành Discarding port.
Bảng 2.4: Các trạng thái mới của cổng trong giao thức RSTP
Vai trò của Root Port và Designated port vẫn được duy trì, trong khi vai trị của blocking port bị chia ra thành backup port và alternate port. Thuật toán Spanning Tree Algorithm(STA) xác nhận vai trị của cổng thơng qua bản tin BPDUs xem cái nào tốt hơn cái còn lại căn cứ vào giá trị được lưu trữ trong BPDU mà cổng được nhận để đánh giá, so sánh giá trị mới của bản tin BPDU.
Trong giao thức RSTP vai trò c ủa Root Port là cổng này nhận BPDU tốt nhất trên Switch làm Root port. Đây là port có giá trị tổng đường về root bridge ngắn nhất.
Thuật toán STA sẽ chọn 1 root bridge (hình 2.11) trong toàn bộ Bridged network (per-VLAN). Root bridge này sẽ 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.
30 Hình 2.11: Root Port RSTP
Giao thức RSTP thiết lập vai trị của cổng là Designated Port khi cổng đó 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 sẽ có bridging loop trong mạng. Tất cả các bridge được kết nối trong một phân đoạn mạng sẽ lắng nghe gói tin BPDU l ẫn nhau và chấp nhận bridge gửi BPDU tốt nhất là designated bridge cho một phân đoạn này.
Hình 2.12: Designated Port
Giao thức RSTP thiết lập 2 vai trò mới của cổng là Alternate và Backup Port Roles để trao đổi trạng thái blocking state của 802.1D. Blocked port được định nghĩa nó sẽ khơng là designated port hay root port. Blocked port nh ận nhiều BPDUs hơn nó gửi ra ngồi một phân đoạn mạng. Trong giao thức RSTP blocked port ln 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.
Hình 2.13: Alternate Port
31 Hình 2.14: Backup Port
Alternate port cung cấp đường thay thế đến Root bridge và do đó nó có thể thay thế vai trị của root port nếu root port bị lỗi. 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 ho ạt động của nó như port states, port roles, port types. Số trạng thái port đã gi ảm từ 5 trạng thái chỉ còn 3 trạng thái là Discarding, Learning và Forwarding, trong đó Discarding và Forwarding là tr ạng thái ổn định, Learning là trạng thái chuyển tiếp.
Trong giao thức RSTP Discarding không forward được data frame, không nhận data frame hay hoặc địa chỉ MAC bất kể khi cổng bị đứt hay bị lỗi.
Như vậy vai trị các port được định nghĩa tóm tắc 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 sẽ nhận BPDUs tốt nhất và nhanh chóng quảng bá vai trị của Root port và chuyển sang trạng thái Forwarding .
- Backup Port thay thế cho Switch làm Designated Port trong việc share segment. Có thế nhận BPDUs từ các Switch khác nhưng không yêu c ầu trở thành Designated. Sẽ đ ảm nhận vai trò Designated port khi Designated port failed, tuy nhiên giai đoạn chuyển tiếp sẽ mất thời gian timer.
- Alternate Port bảo vệ sự mất vai trò của Switch làm Root port, còn gọi là direct link failure, nếu Root Port hiện tại fail RSTP sẽ thực hiện so sánh bản tin BPDUs trên Alternate Ports và chọn port có BPDUs mới nhất làm Root Port, port này sẽ ngay lập tức có vai trị là Root Forwarding.
- Backup port có vai trị cung cấp bảo vệ chống lại sự mất Designated Port, khi Designated Port fail tất cả Backup Port cùng đường link sẽ trở thành Designated Port, sau đó chỉ một port sẽ duy trì trạng thái này, các port cịn lại sẽ tiến hành trở lại vai trò Backup Discarding sau khi nhận BPDU từ port mới được bầu chọn thành Designated Port. Designated Port sẽ từ từ chuyển trạng thái từ Discarding sang Learning và Forwarding.
32 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 chứ
khơng chỉ riêng gói BPDU của bridge gốc.
Trạng thái khoá (bloocking) được đổi tên thành trạng loại bỏ (discarding). Cổng loại bỏ đóng vai trị là một cổng dự phòng. Trong mỗi segment có một cổng được chỉ định (designated port) để kết nối vào segment đó. Nếu cổng chỉ định này bị sự cố thì cổng loại bỏ tương ứng sẽ được thay thế ngay cho cổng đó. Giao thức Rapid Spanning - Tree, hay IEEE 802.1w sẽ thực sự thay thế cho
giao thức Spanning - Tree, hay IEEE 802.1D.