PHẦN 4: SO SÁNH CÁC GIAO THỨC STP, RSTP, MSTP TỐI ƯU HÓA VLAN
4.1 So sánh các giao thức STP, RSTP, MSTP trong việc tối ưu hóa VLAN
Bảng 8 so sánh các giao thức trong việc tối ưu hóa VLAN
STP RSTP MSTP
1 Tiêu chuẩn IEEE của nó là 802.1D.
Tiêu chuẩn IEEE của nó là 802.1W.
Tiêu chuẩn IEEE của nó là 802.1S.
2 IEEE 802.1D là con đầu lòng của gia đình STP.
IEEE 802.1W là phiên bản kế thừa và cải tiến của STP.
IEEE 802.1S được xây dựng dựa trên RSTP để nhóm các VLAN thành
các phiên bản để có khả năng mở rộng, dễ quản lý, bảo mật, v.v.
3 STP dẫn đến sự hội tụ mạng chậm hơn và không quá mạnh mẽ khi so sánh với RSTP và MSTP.
Mặt khác, RSTP tăng tốc đáng kể sự hội tụ mạng và mạnh mẽ hơn STP.
RSTP là giao thức cơ bản cho MSTP và đó là lý do tại sao nó cũng cung cấp sự hội tụ nhanh hơn tương tự như
RSTP.
Nhưng nó có nhiều tính năng hơn RSTP.
4 Việc triển khai STP đơn giản hơn RSTP và MSTP.
Triển khai RSTP dễ dàng hơn khi so sánh với MSTP.
MSTP cần hiểu đúng về STP và các khái niệm MSTP bổ sung trước khi triển khai.
Điều này làm cho việc triển khai trở nên khó khăn hơn và lý do đôi khi các kỹ sư mạng chọn RSTP thay thế.
5 STP có ba chức năng cổng: - Root Port Designated Port Blocked Port
RSTP sử dụng bốn cổng:
- Cổng gốc được chỉ định,
MSTP có vai trò năm cổng: -
Root Port Designated Port
Cổng sao lưu cổng thay thế
Alternate port, Backup Port
Master port
6 STP hỗ trợ năm trạng thái cổng khác nhau: -
Chuyển tiếp Học tập
, Nghe , Chặn bị vô hiệu hóa
RSTP bao gồm các trạng thái ba cổng: -
Chuyển tiếp Học tập Loại bỏ (Nó thay thế Chuyển tiếp, Học tập và Nghe để hội tụ nhanh.)
Vì MSTP được xây dựng trên RSTP, nó có cùng ba trạng thái cổng:
- Chuyển tiếp Học tập Loại bỏ
7 Nó thiếu tất cả các loại liên kết.
Nó hỗ trợ hai loại liên kết: liên kết chia sẻ và liên kết điểm-điểm.
Nó cũng có hai loại liên kết, tức là liên kết được chia sẻ và liên kết điểm tới điểm.
8 STP chỉ sử dụng 2 bit từ octet cờ:Bit 7:
Topology Change
Acknowledgment.
Bit 0: Thay đổi cấu trúc liên kết
Trong RSTP, các bit cờ sau được sử dụng:
Bit 0 cho TCN Bit 1 cho Đề xuất Bit 2 và 3 cho
vai trò Cổng Bit 4 để học Bit 5 để chuyển tiếp Bit 6 cho Thỏa thuận Bit 7 cho TCN
Tương tự như RSTP.
9 Trong STP, cầu gốc là cầu nối duy nhất gửi BPDU.
Những người khác sau đó chuyển BPDU (Đơn vị dữ liệu giao thức Bridge).
Tất cả các cầu nối trong RSTP đều có khả năng chuyển tiếp BPDU.
Trong MSTP, tất cả các cầu nối đều có thể chuyển tiếp BPDU.
10 Trong Giao thức Spanning Tree, khi một cầu nối phát hiện ra sự thay đổi trong mạng,
nó sẽ thông báo cho root, người sau đó thông báo cho tất cả những người khác thông qua BPDU với bộ bit TCA, hướng dẫn họ xóa các mục nhập cơ sở dữ liệu của họ khi
Trong RSTP, TC (Thay đổi cấu trúc liên kết) bị ngập lụt trên toàn mạng;
mỗi cầu nối tạo TC (Thay đổi cấu trúc liên kết) và thông báo cho các nước láng giềng khi xảy ra thay đổi cấu trúc liên kết, ngay lập tức xóa các
mục cơ sở dữ liệu cũ.
Tương tự như RSTP.
"short-timer" (Độ trễ chuyển tiếp) hết hạn.
11 Nếu một cầu nối không root không nhận được Hello sau 10
* Hello (được quảng cáo từ
root), cầu nối không root sẽ bắt đầu yêu cầu vai trò root bằng cách tạo Hello của riêng nó.
Mặt khác, RSTP không hoạt động cho đến khi nó nhận được 3 * Xin chào trên cổng gốc (được quảng cáo từ gốc).
Tương tự như RSTP.
12 STP đợi cho đến khi tất cả TC đã đến thư mục gốc và bộ hẹn giờ ngắn (Độ trễ chuyển tiếp) đã hết hạn trước khi flash tất cả các mục nhập cơ sở dữ liệu gốc.
RSTP ngay lập tức xóa tất cả các cơ sở dữ liệu cục bộ ngoại trừ
MAC của cổng nhận các thay đổi cấu trúc liên kết (đề xuất)
Tương tự như RSTP.
13 STP tương thích với RSTP và MSTP. Nhưng bạn nên kiểm tra với nhà cung cấp
thiết bị trước khi triển khai nhiều hơn một loại Giao thức cây mở rộng trong mạng của mình.
Rapid Spanning Tree Protocol tương thích ngược với STP.
MSTP có Phiên bản
CST (Common Spanning Tree), tương thích ngược với RSTP và STP.
14 Cân bằng tải hoặc sử dụng nhiều đường dẫn vật lý trong mạng là không thể với STP.
Tất cả các VLAN phải đi theo cùng một con đường Spanning Tree.
Tương tự như STP. Trái ngược với STP và
RSTP, với MSTP, bạn có thể nhóm các VLAN thành các Phiên bản MST riêng biệt và có thể
sử dụng nhiều đường dẫn vật lý.
15 Các cổng được kết nối với điểm cuối (máy tính xách tay,
máy tính, máy in, v.v.) không thể được định cấu hình làm cổng
cạnh để chuyển đổi nhanh.
Không có khái niệm về cổng cạnh trong STP.
Khi được kết nối với các điểm cuối trong khi ở RSTP, các cổng này có thể được định cấu hình làm cạnh, cổng để cho phép thay đổi nhanh chóng trạng thái chuyển tiếp.
Cả RSTP và STP đều có một khiếm khuyết, đó là tất cả các VLAN trên cùng một mạng LAN đều có chung một cây kéo dài. Do đó, cân bằng tải không thể được thực hiện giữa các VLAN và các gói của một số VLAN có thể không được chuyển tiếp.
Như thể hiện trong Hình 4, RSTP được áp dụng cho mạng LAN. Cấu trúc của cây spanning được thể hiện bằng các đường chấm và SwitchF là công tắc gốc. Liên kết giữa SwitchB và SwitchE và liên kết giữa SwitchA và SwitchD bị chặn. Liên kết của VLAN 2 và VLAN 3 cho phép các gói tin từ hai VLAN đi qua. Các liên kết khác không cho phép các gói từ VLAN 2 và VLAN 3 đi qua.
Hình 4 khiếm khuyết của RSTP
Máy chủ A và Máy chủ B thuộc VLAN 2. Liên kết giữa SwitchB và SwitchE bị chặn và liên kết giữa SwitchC và SwitchF không cho phép các gói từ VLAN 2 đi qua. Do đó, Máy chủ A và Máy chủ B không thể giao tiếp với nhau.
MSTP tương thích với STP và RSTP và khắc phục các khiếm khuyết của STP và RSTP. Mạng MSTP hội tụ nhanh và cung cấp các đường dẫn dự phòng để chuyển tiếp dữ liệu. Ngoài ra, mạng MSTP thực hiện cân bằng tải giữa các VLAN.
MSTP chia một mạng lưới chuyển mạch thành nhiều vùng, mỗi vùng có nhiều cây trải dài độc lập với nhau. Mỗi spanning tree được gọi là multiple spanning tree instance (MSTI) và mỗi region được gọi là vùng multispanning tree (MST).
MSTP liên kết VLAN với MSTI thông qua bảng ánh xạ VLAN.
Mỗi VLAN chỉ có thể được liên kết với một MSTI nghĩa là dữ liệu của cùng một VLAN chỉ có thể được truyền trong một MSTI.
Tuy nhiên một MSTI có thể được liên kết với nhiều VLAN.
MSTP được áp dụng cho mạng LAN, như thể hiện trong Hình 5, và sau đó MSTI được tạo ra, như thể hiện trong Hình 5.
Hình 5 mở rộng các cây trong một khu vực MST
Hai cây kéo dài được tạo ra thông qua tính toán:
• Trong MSTI 1, SwitchD hoạt động như công tắc gốc để chuyển tiếp các gói VLAN 2.
• Trong MSTI 2, SwitchF hoạt động như công tắc gốc để chuyển tiếp các gói của VLAN 3.
Trong trường hợp này, tất cả các VLAN có thể giao tiếp và các gói của các VLAN khác nhau được chuyển tiếp dọc theo các đường dẫn khác nhau. Do đó, cân bằng tải được thực hiện.
Như thể hiện trong Hình 6, bốn vùng MST nằm trong mạng LAN. Mỗi khu vực bao gồm bốn công tắc. Các khái niệm về MSTP được làm rõ dựa trên Hình 6.
Hình 6 mạng LAN cho mô hình MSTP
• Khu vực MST
Một vùng MST bao gồm một số thiết bị chuyển mạch trong mạng LAN và các phân đoạn mạng giữa các thiết bị chuyển mạch. Một mạng LAN có thể bao gồm một số vùng MST được kết nối trực tiếp hoặc gián tiếp. Có thể nhóm một số khóa chuyển vào vùng MST bằng cách sử dụng lệnh cấu hình MSTP. Trong Hình 6, mạng LAN bao gồm bốn vùng MST, đó là A0, B0, C0 và D0.
• MSTI
Nhiều cây kéo dài có thể được tạo trong một khu vực MST. Mỗi cây kéo dài độc lập với nhau và ánh xạ một VLAN. Một cây kéo dài như vậy được gọi là MSTI. Trong Hình 7, vùng MST D0 có ba MSTI: MSTI0, MSTI1 và MSTI2.
• CST
Cây mở rộng chung (CST) là một cây kéo dài duy nhất kết nối tất cả các vùng MST trên mạng chuyển mạch. Nếu mỗi vùng MST được coi là một switch thì CST là một spanning tree được tạo ra bởi tính toán STP và RSTP. Trong Hình 6, đường chấm cho biết CST
Hình 7 bảng ánh xạ của MSTI, IST và VLAN
Bảng ánh xạ VLAN là một thuộc tính của vùng MST. Nó mô tả ánh xạ giữa VLAN và MSTI. Trong Hình 7, bảng ánh xạ VLAN của vùng MST D0 cho thấy VLAN 1 ánh xạ tới MSTI2, VLAN 2 và VLAN 3 ánh xạ tới MSTI0.
Cây kéo dài chung và nội bộ (CIST) là một cây kéo dài duy nhất được tính bằng STP và RSTP và kết nối tất cả các thiết bị chuyển mạch trên mạng chuyển mạch.
Một vùng MST có một cây kéo dài bên trong (IST), là một mảnh của CIST trong vùng MST. IST còn được gọi là MSTI0. Trong Hình 7, MSTI0 là IST. Các IST của tất cả các vùng MST và CST tạo thành một cây kéo dài hoàn chỉnh, đó là CIST.
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.
SW1 SW2
Root VL1 VL2 VL1 VL2
VL1 VL2
SW3 X
X
Trunk
Trunk Trunk
Hình 8 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.
VL1 VL2 VL1 VL2
VL1 VL2
X X
Trunk
Trunk Trunk
Root BPDU BPDU
Hình 9 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.
4.2 Đánh giá hiệu quả của từng giao thức STP, RSTP, MSTP trong môi trường hạ tầng công cộng
MSTP (Multiple Spanning Tree Protocol) Khi có nhiều nhóm switch trong mạng và mỗi nhóm switch có thể tạo các kết nối riêng biệt, MSTP giúp tạo ra các vùng switch dùng chung với nhau. Các switch